JP7294097B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

逆導通IGBT(Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)と称される種類の半導体装置の開発が進められている。この種の半導体装置の半導体基板は、IGBT構造が設けられているIGBT範囲と、ダイオード構造が設けられているダイオード範囲と、を有している。ダイオード構造は、IGBT構造に対して逆並列に接続されており、フリーホイーリングダイオードとして動作することができる。 A type of semiconductor device called a reverse conducting IGBT (Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor) is under development. The semiconductor substrate of a semiconductor device of this kind has an IGBT area in which an IGBT structure is provided and a diode area in which a diode structure is provided. The diode structure is connected antiparallel to the IGBT structure and can operate as a freewheeling diode.

特許文献1は、この種の半導体装置において、p型のボディ領域の下方にn型のバリア領域を形成する技術を開示する。バリア領域は、半導体基板の表面から伸びるピラー領域を介してエミッタ電極に電気的に接続されている。ピラー領域は、リーク電流を抑えるためにエミッタ電極にショットキー接触するように構成されている。バリア領域がピラー領域を介してエミッタ電極に電気的に接続されているので、バリア領域の電位がエミッタ電極の電位に近い電位に維持される。これにより、ボディ領域とバリア領域で構成されるpn接合の順方向に加わる電圧が低く抑えられ、ボディ領域からドリフト領域に注入される正孔量が低下し、逆回復特性が改善する。 Patent Document 1 discloses a technique for forming an n-type barrier region below a p-type body region in this type of semiconductor device. The barrier region is electrically connected to the emitter electrode through pillar regions extending from the surface of the semiconductor substrate. The pillar region is configured to make Schottky contact with the emitter electrode to reduce leakage current. Since the barrier region is electrically connected to the emitter electrode through the pillar region, the potential of the barrier region is maintained at a potential close to that of the emitter electrode. As a result, the forward voltage applied to the pn junction composed of the body region and the barrier region is suppressed, the amount of holes injected from the body region into the drift region is reduced, and the reverse recovery characteristic is improved.

特開2018-125443号公報JP 2018-125443 A

この種の半導体装置のエミッタ電極の材料としては、良好な電気的特性を実現するために、シリコンを含む合金(例えば、アルミニウムシリコン(AlSi))が用いられる。このため、特許文献1でも指摘されるように、エミッタ電極に含まれるシリコンが半導体基板の表面に析出してシリコンノジュールを形成することが問題となる。特に、このようなシリコンノジュールがピラー領域の形成位置に析出すると、ピラー領域と表面電極の間のバリアハイトが変化し、リーク電流が増加するといった問題が発生する虞がある。 An alloy containing silicon (for example, aluminum silicon (AlSi)) is used as a material for the emitter electrode of this type of semiconductor device in order to achieve good electrical characteristics. Therefore, as pointed out in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200013, silicon contained in the emitter electrode precipitates on the surface of the semiconductor substrate to form silicon nodules. In particular, if such a silicon nodule is deposited at the position where the pillar region is to be formed, the barrier height between the pillar region and the surface electrode will change, which may cause a problem of increased leak current.

本明細書は、シリコンノジュールの析出位置を制御し、シリコンノジュールがピラー領域の形成位置に析出するのを抑える技術を提供する。 The present specification provides a technique for controlling deposition positions of silicon nodules and suppressing deposition of silicon nodules at positions where pillar regions are formed.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面に設けられているトレンチゲート部と、前記半導体基板の前記一方の主面の上方を被覆している表面電極と、前記トレンチゲート部を前記表面電極から絶縁している層間絶縁膜と、を備えており、前記半導体基板は、第1導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられている第2導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の少なくとも一部の下方に設けられている第1導電型のバリア領域と、前記半導体基板の前記一方の主面から前記バリア領域まで伸びており、前記表面電極にショットキー接触する第1導電型のピラー領域と、を有しており、前記表面電極が、シリコンを含む合金である、半導体装置の製造方法に適用可能である。この半導体装置の種類としては、逆導通IGBT(Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)、又は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が例示される。また、前記トレンチゲート部は、ダミーゲートであってもよい。この製造方法は、前記トレンチゲート部が形成された前記半導体基板の前記一方の主面上に前記層間絶縁膜を成膜する工程と、前記層間絶縁膜の一部をエッチングし、前記ボディ領域と前記ピラー領域が露出するコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールに露出する前記半導体基板の前記一方の主面上に、前記ピラー領域を被覆するとともに前記層間絶縁膜の側面から離反するマスク層を成膜する工程と、前記層間絶縁膜の表面と、前記コンタクトホールにおいて前記マスク層によって被覆されていない前記半導体基板の前記一方の主面と、の表面粗さを増大させる工程と、前記マスク層を除去する工程と、前記表面電極を成膜する工程と、を備えることができる。前記マスク層を成膜する工程では、前記マスク層が前記層間絶縁膜の一部の側面と接するように成膜されてもよい。 A method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor substrate, a trench gate portion provided on one main surface of the semiconductor substrate, and a trench gate portion covering the one main surface of the semiconductor substrate. and an interlayer insulating film insulating the trench gate portion from the surface electrode, wherein the semiconductor substrate includes a drift region of a first conductivity type and a drift region provided above the drift region. a body region of a second conductivity type provided below at least a portion of the body region; a barrier region of the first conductivity type provided below at least a portion of the body region; and a pillar region of the first conductivity type making Schottky contact with the surface electrode, and the surface electrode is an alloy containing silicon. A reverse conducting IGBT (Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is exemplified as a type of this semiconductor device. Also, the trench gate portion may be a dummy gate. This manufacturing method includes steps of forming the interlayer insulating film on the one main surface of the semiconductor substrate having the trench gate formed thereon, and etching a part of the interlayer insulating film to form the body region. a step of forming a contact hole exposing the pillar region; and a mask layer covering the pillar region and separated from a side surface of the interlayer insulating film on the one main surface of the semiconductor substrate exposed in the contact hole. increasing the surface roughness of the surface of the interlayer insulating film and the one main surface of the semiconductor substrate not covered by the mask layer in the contact hole; and the mask The steps of removing the layer and depositing the surface electrode may be included. In the step of forming the mask layer, the mask layer may be formed so as to be in contact with a side surface of part of the interlayer insulating film.

上記半導体装置の製造方法によると、前記層間絶縁膜の表面と、前記半導体基板の前記一方の主面のうちの前記層間絶縁膜の側面下側の端部に対応した位置の表面と、の表面粗さを選択的に増大させることができるので、これらの表面にシリコンノジュールを選択的に析出させるように制御可能である。これにより、シリコンノジュールが前記ピラー領域の形成位置に析出することが抑えられる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device described above, the surface of the interlayer insulating film and the surface of the one main surface of the semiconductor substrate at a position corresponding to the lower end of the side surface of the interlayer insulating film. Because the roughness can be selectively increased, selective deposition of silicon nodules on these surfaces can be controlled. As a result, deposition of silicon nodules at the positions where the pillar regions are to be formed is suppressed.

本実施形態の半導体装置の平面図を模式的に示す。1 schematically shows a plan view of a semiconductor device of this embodiment. FIG. 本実施形態の半導体装置の素子領域に区画されたIGBT範囲とダイオード範囲の境界の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the boundary between the IGBT range and the diode range defined in the element region of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of the main part at a position corresponding to line II-II in FIG. be. 本実施形態の半導体装置の層間絶縁膜のコンタクトホール近傍の要部拡大断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows an enlarged cross-sectional view of a main part in the vicinity of a contact hole of an interlayer insulating film of the semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to the line II-II in FIG. 本実施形態の半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示しており、図1のII-II線に対応した位置の要部断面図であり、エミッタ電極に含まれるシリコンの挙動を説明するための図である。FIG. 2 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and is a cross-sectional view of essential parts at a position corresponding to line II-II in FIG. 1, showing the behavior of silicon contained in the emitter electrode. It is a figure for explaining.

以下、図面を参照して本実施形態に係る半導体装置について説明する。各図面において、共通する構成要素においては、図示明瞭化を目的として、1つの構成要素のみに符号を付し、他の構成要素に符号を付すのを省略する。 A semiconductor device according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In each drawing, for common components, only one component is given a reference numeral for the purpose of clarity of illustration, and reference numerals are omitted for the other components.

図1に、本実施形態に係る半導体装置1の平面図を模式的に示す。半導体装置1は、逆導通IGBTと称される種類の半導体装置であり、半導体基板10を用いて製造されている。半導体基板10は、素子領域10Aと、素子領域10Aの周囲に位置する周辺領域10Bと、を有している。半導体基板10の素子領域10Aは、IGBT構造が設けられているIGBT範囲102と、ダイオード構造が設けられているダイオード範囲104と、に区画されている。IGBT範囲102とダイオード範囲104は、半導体基板10の表面に対して直交する方向から見たときに(以下、「平面視したときに」という)、一例ではあるが、素子領域10A内においてy方向に沿って交互に繰り返し配置されている。周辺領域10Bに対応する半導体基板10内には、ガードリング等の周辺耐圧構造が形成されている。さらに、周辺領域10Bに対応する半導体基板10上には、複数の小信号パッド28が設けられている。小信号パッド28の種類としては、例えばゲート信号を入力するためのゲートパッド、温度センス信号を出力するための温度センスパッド及び電流センス信号を出力するための電流センスパッドが挙げられる。 FIG. 1 schematically shows a plan view of a semiconductor device 1 according to this embodiment. The semiconductor device 1 is a type of semiconductor device called a reverse conducting IGBT, and is manufactured using a semiconductor substrate 10 . The semiconductor substrate 10 has an element region 10A and a peripheral region 10B located around the element region 10A. The element region 10A of the semiconductor substrate 10 is divided into an IGBT range 102 provided with an IGBT structure and a diode range 104 provided with a diode structure. The IGBT range 102 and the diode range 104 are oriented in the y direction within the element region 10A when viewed from a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 10 (hereinafter referred to as "plan view"). are alternately and repeatedly arranged along the A peripheral breakdown voltage structure such as a guard ring is formed in the semiconductor substrate 10 corresponding to the peripheral region 10B. Furthermore, a plurality of small signal pads 28 are provided on the semiconductor substrate 10 corresponding to the peripheral region 10B. Types of the small signal pads 28 include, for example, gate pads for inputting gate signals, temperature sense pads for outputting temperature sense signals, and current sense pads for outputting current sense signals.

図2に、図1のII-II線に対応した要部断面図を模式的に示す。図2は、IGBT範囲102とダイオード範囲104の境界に対応する。図2に示されるように、半導体装置1は、シリコン基板である半導体基板10、半導体基板10の裏面を覆うように設けられているコレクタ電極22、半導体基板10の表面を覆うように設けられているエミッタ電極24、半導体基板10の表面に設けられているトレンチゲート部30、及び、トレンチゲート部30をエミッタ電極24から絶縁している層間絶縁膜40を備えている。層間絶縁膜40にはコンタクトホール40aが形成されており、半導体基板10の表面の一部がそのコンタクトホール40aに露出している。エミッタ電極24の一部が層間絶縁膜40のコンタクトホール40aを介して半導体基板10の表面の一部に接している。エミッタ電極24は、アルミニウムとシリコンを含有する合金のアルミニウムシリコン(AlSi)で構成されている。 FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of essential parts corresponding to the II-II line in FIG. FIG. 2 corresponds to the boundary between the IGBT area 102 and the diode area 104 . As shown in FIG. 2, the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 10 which is a silicon substrate, a collector electrode 22 provided to cover the back surface of the semiconductor substrate 10, and a collector electrode 22 provided to cover the front surface of the semiconductor substrate 10. a trench gate portion 30 provided on the surface of the semiconductor substrate 10; and an interlayer insulating film 40 insulating the trench gate portion 30 from the emitter electrode 24. A contact hole 40a is formed in the interlayer insulating film 40, and a part of the surface of the semiconductor substrate 10 is exposed through the contact hole 40a. A portion of emitter electrode 24 is in contact with a portion of the surface of semiconductor substrate 10 through contact hole 40 a of interlayer insulating film 40 . The emitter electrode 24 is made of aluminum silicon (AlSi), which is an alloy containing aluminum and silicon.

半導体基板10は、p+型のコレクタ領域11、n型のバッファ領域12、n-型のドリフト領域13、p型のボディ領域14、n型のバリア領域15、n型のピラー領域16、n+型のエミッタ領域17、及び、n+型のカソード領域18を有している。 The semiconductor substrate 10 includes a p + -type collector region 11, an n-type buffer region 12, an n -type drift region 13, a p-type body region 14, an n-type barrier region 15, an n-type pillar region 16, n It has a + type emitter region 17 and an n + type cathode region 18 .

コレクタ領域11は、半導体基板10の裏層部の一部に配置されており、半導体基板10の裏面に露出する位置に設けられている。コレクタ領域11は、半導体基板10の裏面を被覆するコレクタ電極22にオーミック接触している。コレクタ領域11は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の裏面に向けてボロンをイオン注入し、半導体基板10の裏層部に形成される。 The collector region 11 is arranged in part of the back layer portion of the semiconductor substrate 10 and provided at a position exposed on the back surface of the semiconductor substrate 10 . Collector region 11 is in ohmic contact with collector electrode 22 covering the back surface of semiconductor substrate 10 . The collector region 11 is formed in the back layer portion of the semiconductor substrate 10 by implanting boron ions toward the back surface of the semiconductor substrate 10 using an ion implantation technique.

カソード領域18は、半導体基板10の裏層部の一部に配置されており、半導体基板10の裏面に露出する位置に設けられている。カソード領域18は、半導体基板10の裏面を被覆するコレクタ電極22にオーミック接触している。カソード領域18は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の裏面に向けてリンをイオン注入し、半導体基板10の裏層部に形成される。 The cathode region 18 is arranged in a part of the back layer portion of the semiconductor substrate 10 and provided at a position exposed on the back surface of the semiconductor substrate 10 . Cathode region 18 is in ohmic contact with collector electrode 22 covering the back surface of semiconductor substrate 10 . The cathode region 18 is formed in the back layer portion of the semiconductor substrate 10 by implanting phosphorus ions toward the back surface of the semiconductor substrate 10 using an ion implantation technique.

このように、半導体基板10の裏層部には、コレクタ領域11とカソード領域18が隣接して配置されている。半導体基板10は、半導体基板10の表層部のエミッタ領域17の有無と合わせて、コレクタ領域11が形成されている範囲をIGBT範囲102として区画され、カソード領域18が形成されている範囲をダイオード範囲104として区画されている。 In this manner, the collector region 11 and the cathode region 18 are arranged adjacent to each other in the back layer portion of the semiconductor substrate 10 . In the semiconductor substrate 10, the range in which the collector region 11 is formed is defined as an IGBT range 102, and the range in which the cathode region 18 is formed is defined as a diode range in combination with the presence or absence of the emitter region 17 on the surface layer of the semiconductor substrate 10. 104 are partitioned.

バッファ領域12は、コレクタ領域11及びカソード領域18の表面上に設けられており、コレクタ領域11とドリフト領域13の間に配置されており、カソード領域18とドリフト領域13の間に配置されている。バッファ領域12は、ドリフト領域13よりもn型不純物の濃度が濃い領域である。バッファ領域12は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の裏面に向けてリンをイオン注入して形成される。 The buffer region 12 is provided on the surfaces of the collector region 11 and the cathode region 18, is arranged between the collector region 11 and the drift region 13, and is arranged between the cathode region 18 and the drift region 13. . The buffer region 12 is a region having a higher n-type impurity concentration than the drift region 13 . The buffer region 12 is formed by implanting phosphorus ions toward the back surface of the semiconductor substrate 10 using an ion implantation technique.

ドリフト領域13は、バッファ領域12の表面上に設けられており、バッファ領域12とボディ領域14の間に配置されている。ドリフト領域13は、半導体基板10内に他の半導体領域を形成した残部である。 Drift region 13 is provided on the surface of buffer region 12 and arranged between buffer region 12 and body region 14 . Drift region 13 is the remainder of other semiconductor regions formed in semiconductor substrate 10 .

ボディ領域14は、ドリフト領域13の表面上に設けられており、半導体基板10の表層部に配置されており、半導体基板10の表面に露出する位置に配置されている。ボディ領域14は、半導体基板10の表面を被覆しているエミッタ電極24にオーミック接触している。なお、ボディ領域14は、エミッタ電極24とのオーミック性を改善するために、p型不純物の濃度が濃いコンタクト領域を有していてもよい。ボディ領域14は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表面に向けてボロンをイオン注入し、半導体基板10の表層部に形成される。 Body region 14 is provided on the surface of drift region 13 , is arranged in the surface layer portion of semiconductor substrate 10 , and is arranged at a position exposed to the surface of semiconductor substrate 10 . Body region 14 is in ohmic contact with emitter electrode 24 covering the surface of semiconductor substrate 10 . The body region 14 may have a contact region with a high p-type impurity concentration in order to improve ohmic properties with the emitter electrode 24 . The body region 14 is formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by implanting boron ions toward the surface of the semiconductor substrate 10 using an ion implantation technique.

バリア領域15は、ボディ領域14内に設けられており、隣り合うトレンチゲート部30の双方の側面に接するように半導体基板10の面方向に広がるように伸びている。バリア領域15は、半導体基板10の厚み方向においてボディ領域14を隔てるように配置されている。なお、バリア領域15は、ボディ領域14の全体の下方、即ち、ドリフト領域13とボディ領域14の間に配置されていてもよい。また、バリア領域15は、ダイオード範囲104のみに選択的に形成され、IGBT範囲102に形成されていなくてもよい。バリア領域15は、半導体基板10の表面に向けてリンをイオン注入し、半導体基板10の表層部に形成される。 Barrier region 15 is provided in body region 14 and extends in the planar direction of semiconductor substrate 10 so as to be in contact with both side surfaces of adjacent trench gate portions 30 . Barrier region 15 is arranged so as to separate body region 14 in the thickness direction of semiconductor substrate 10 . The barrier region 15 may be arranged below the entire body region 14 , that is, between the drift region 13 and the body region 14 . Also, the barrier region 15 may be selectively formed only in the diode area 104 and not formed in the IGBT area 102 . The barrier region 15 is formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by ion-implanting phosphorus toward the surface of the semiconductor substrate 10 .

ピラー領域16は、ボディ領域14内に設けられており、半導体基板10の表面からボディ領域14の一部を貫通してバリア領域15まで伸びている。ピラー領域16は、隣り合うトレンチゲート部30の間であって、トレンチゲート部30の側面から離れた位置に配置されている。ピラー領域16は、半導体基板10の表面を被覆しているエミッタ電極24にショットキー接触している。これにより、バリア領域15は、ピラー領域16を介してエミッタ電極24に電気的に接続されている。なお、ピラー領域16は、バリア領域15がダイオード範囲104のみに選択的に形成される場合、ダイオード範囲104のみに選択的に形成され、IGBT範囲102に形成されていなくてもよい。ピラー領域16は、半導体基板10の表面に向けてリンをイオン注入し、半導体基板10の表層部に形成される。 The pillar region 16 is provided in the body region 14 and extends from the surface of the semiconductor substrate 10 through part of the body region 14 to the barrier region 15 . The pillar regions 16 are arranged between the adjacent trench gate portions 30 and away from the side surfaces of the trench gate portions 30 . Pillar region 16 is in Schottky contact with emitter electrode 24 covering the surface of semiconductor substrate 10 . Thereby, the barrier region 15 is electrically connected to the emitter electrode 24 via the pillar region 16. As shown in FIG. In addition, when the barrier region 15 is selectively formed only in the diode range 104 , the pillar region 16 may be selectively formed only in the diode range 104 and not formed in the IGBT range 102 . The pillar region 16 is formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by ion-implanting phosphorus toward the surface of the semiconductor substrate 10 .

エミッタ領域17は、ボディ領域14の表面上に設けられており、半導体基板10の表層部に配置されており、半導体基板10の表面に露出する位置に配置されている。エミッタ領域17は、トレンチゲート部30の側面に接しており、エミッタ電極24にオーミック接触している。エミッタ領域17は、半導体基板10のうちのIGBT範囲102に選択的に形成されており、半導体基板10のうちのダイオード範囲104には形成されていない。エミッタ領域17は、イオン注入技術を利用して、半導体基板10の表面に向けてリンをイオン注入し、半導体基板10の表層部に形成される。 The emitter region 17 is provided on the surface of the body region 14 , arranged in the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 , and arranged at a position exposed on the surface of the semiconductor substrate 10 . The emitter region 17 is in contact with the side surface of the trench gate portion 30 and is in ohmic contact with the emitter electrode 24 . The emitter region 17 is selectively formed in the IGBT area 102 of the semiconductor substrate 10 and is not formed in the diode area 104 of the semiconductor substrate 10 . The emitter region 17 is formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate 10 by ion-implanting phosphorus toward the surface of the semiconductor substrate 10 using an ion implantation technique.

トレンチゲート部30は、半導体基板10の表面に形成されたトレンチTR1内に設けられており、ゲート電極32及びゲート絶縁膜34を有している。ゲート電極32は、ゲート絶縁膜34によって半導体基板10から絶縁されており、層間絶縁膜40によってエミッタ電極24から絶縁されている。トレンチゲート部30は、半導体基板10の表面からボディ領域14を貫通してドリフト領域13に達している。この例では、トレンチゲート部30は、半導体基板10の素子領域10Aにおいて、x方向に沿って伸びている。即ち、トレンチゲート部30は、x方向を長手方向とし、y方向を短手方向とする形態を有している。また、この例では、複数のトレンチゲート部30が、半導体基板10の素子領域10Aにおいて、各々が所定間隔を置いてy方向に沿って並ぶように配置されている。このように、複数のトレンチゲート部30は、平面視したときに、ストライプ状のレイアウトを有している。なお、複数のトレンチゲート部30のレイアウトは特に限定されるものではない。この例に代えて、複数のトレンチゲート部30は、平面視したときに、格子状のレイアウトを有していてもよい。複数のトレンチゲート部30は、IGBT範囲102とダイオード範囲104の双方に形成されている。なお、複数のトレンチゲート部30のうちのダイオード範囲104に配置されているトレンチゲート部30は、ダミーゲートとして用いられてもよい。ダミーゲートとして用いられる場合、そのゲート電極32がゲート配線に電気的に接続しておらず、ゲート電圧とは異なる大きさ及び/又は位相の電圧が印加可能となっていてもよい。ダミーゲートとして用いられる場合、例えば、そのゲート電極32がエミッタ電極24に短絡していてもよい。 The trench gate portion 30 is provided in the trench TR1 formed in the surface of the semiconductor substrate 10 and has a gate electrode 32 and a gate insulating film 34 . The gate electrode 32 is insulated from the semiconductor substrate 10 by the gate insulating film 34 and insulated from the emitter electrode 24 by the interlayer insulating film 40 . Trench gate portion 30 extends from the surface of semiconductor substrate 10 through body region 14 to reach drift region 13 . In this example, the trench gate portion 30 extends in the element region 10A of the semiconductor substrate 10 along the x direction. That is, the trench gate portion 30 has a shape in which the x direction is the longitudinal direction and the y direction is the lateral direction. Also, in this example, a plurality of trench gate portions 30 are arranged in the element region 10A of the semiconductor substrate 10 so as to be aligned along the y direction at predetermined intervals. Thus, the plurality of trench gate portions 30 have a striped layout when viewed from above. Note that the layout of the plurality of trench gate portions 30 is not particularly limited. Instead of this example, the plurality of trench gate portions 30 may have a grid-like layout when viewed from above. A plurality of trench gate portions 30 are formed in both the IGBT area 102 and the diode area 104 . Among the plurality of trench gate portions 30, the trench gate portion 30 arranged in the diode range 104 may be used as a dummy gate. When used as a dummy gate, the gate electrode 32 may not be electrically connected to the gate wiring, and a voltage different in magnitude and/or phase from the gate voltage may be applied. When used as a dummy gate, the gate electrode 32 may be short-circuited to the emitter electrode 24, for example.

図3に、層間絶縁膜40のコンタクトホール40a近傍の拡大断面図を示す。なお、図3は、yz平面に平行な断面を拡大した図に対応している。また、図3では、ダイオード範囲104に設けられている層間絶縁膜40が示されているが、IGBT範囲102に設けられている層間絶縁膜40も同様の構成を有している。 FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the contact hole 40a of the interlayer insulating film 40. As shown in FIG. Note that FIG. 3 corresponds to an enlarged view of a cross section parallel to the yz plane. 3 shows the interlayer insulating film 40 provided in the diode area 104, the interlayer insulating film 40 provided in the IGBT area 102 has the same structure.

層間絶縁膜40は、ゲート電極32の表面を完全に被覆するように、トレンチゲート部30の短手方向(y方向)の幅よりも幅広に構成されている。コンタクトホール40aを画定する層間絶縁膜40の側面40Sのうちの上側側面40Saは、凹状の曲面で構成されている。後述するように、上側側面40Saは等方性エッチングによる加工が反映した凹状の曲面の形態を有している。コンタクトホール40aを画定する層間絶縁膜40の側面40Sのうちの下側側面40Sbは、平坦面で構成されている。後述するように、下側側面40Sbは異方性エッチングによる加工が反映した平坦面の形態を有している。このように、層間絶縁膜40の側面40Sのうちの上側側面40Saが凹状の曲面で構成されていることから、上側側面40Saの上下両端には、頂面40Tとの間で構成される角部42と、下側側面40Sbとの間で構成される角部44が存在している。 The interlayer insulating film 40 is wider than the width of the trench gate portion 30 in the lateral direction (y direction) so as to completely cover the surface of the gate electrode 32 . Of the side surfaces 40S of the interlayer insulating film 40 defining the contact hole 40a, the upper side surface 40Sa is formed into a concave curved surface. As will be described later, the upper side surface 40Sa has a concave curved surface that reflects processing by isotropic etching. A lower side surface 40Sb of the side surfaces 40S of the interlayer insulating film 40 defining the contact hole 40a is a flat surface. As will be described later, the lower side surface 40Sb has a flat surface shape reflecting processing by anisotropic etching. As described above, since the upper side surface 40Sa of the side surfaces 40S of the interlayer insulating film 40 is configured with a concave curved surface, the upper and lower ends of the upper side surface 40Sa have corner portions formed between the top surface 40T and the top surface 40T. 42 and the lower side surface 40Sb.

図3に示されるように、層間絶縁膜40の表面(頂面40Tと側面40Sを含む面)には微小な凹凸が形成されており、層間絶縁膜40の表面粗さが大きく構成されている。さらに、半導体基板10の表面のうちの層間絶縁膜40の側面下側の端部に対応した表面(破線100で囲まれた位置)にも微小な凹凸が形成されており、この部分の表面粗さも大きく構成されている。後述するように、このような凹凸は、イオン注入によるダメージによって形成されたものである。 As shown in FIG. 3, the surface of the interlayer insulating film 40 (the surface including the top surface 40T and the side surface 40S) is formed with minute unevenness, and the surface roughness of the interlayer insulating film 40 is configured to be large. . Further, of the surface of the semiconductor substrate 10, the surface corresponding to the lower end of the side surface of the interlayer insulating film 40 (the position surrounded by the dashed line 100) is also formed with minute irregularities, and the surface roughness of this portion is small. is also largely constructed. As will be described later, such irregularities are formed by damage caused by ion implantation.

半導体装置1は、トレンチゲート部30のゲート電極32に印加するゲート電圧に基づいて、IGBT範囲102をコレクタ電極22からエミッタ電極24に向けて流れる電流のオンとオフを制御することができる。さらに、半導体装置1は、ダイオード範囲104に形成されたダイオード構造が、フリーホイーリングダイオードとして動作することができる。特に、半導体装置1では、バリア領域15とピラー領域16が設けられていることにより、ダイオード動作における逆回復特性が改善する。このダイオード動作について以下に説明する。 The semiconductor device 1 can control on/off of the current flowing through the IGBT region 102 from the collector electrode 22 toward the emitter electrode 24 based on the gate voltage applied to the gate electrode 32 of the trench gate portion 30 . Furthermore, the semiconductor device 1 allows the diode structure formed in the diode area 104 to operate as a freewheeling diode. In particular, in the semiconductor device 1, the provision of the barrier region 15 and the pillar region 16 improves reverse recovery characteristics in diode operation. This diode operation will be described below.

エミッタ電極24にコレクタ電極22よりも高い電位が印加されると、IGBT範囲102とダイオード範囲104の各々に還流電流が流れる。以下では、エミッタ電極24の電位を、コレクタ電極22と同等の電位から徐々に上昇する場合について説明する。エミッタ電極24の電位が上昇すると、ピラー領域16とエミッタ電極24のショットキー接合が導通する。これにより、コレクタ電極22からエミッタ電極24に向けて電子が流れる。このように、エミッタ電極24の電位が比較的に低いときは、ショットキーバリアダイオードが導通し、エミッタ電極24からコレクタ電極22に向けて電流が流れる。 When a higher potential is applied to emitter electrode 24 than to collector electrode 22, a return current flows through each of IGBT area 102 and diode area 104. FIG. A case will be described below in which the potential of the emitter electrode 24 is gradually increased from the same potential as that of the collector electrode 22 . When the potential of the emitter electrode 24 rises, the Schottky junction between the pillar region 16 and the emitter electrode 24 becomes conductive. Electrons thereby flow from the collector electrode 22 toward the emitter electrode 24 . Thus, when the potential of the emitter electrode 24 is relatively low, the Schottky barrier diode becomes conductive and current flows from the emitter electrode 24 to the collector electrode 22 .

ショットキーバリアダイオードが導通すると、バリア領域15の電位がエミッタ電極24の電位に近い電位に維持されるので、ボディ領域14とバリア領域15で構成されるpn接合の順方向に加わる電圧が低く抑えられる。このため、エミッタ電極24の電位が比較的に低いときは、pnダイオードが導通しない。エミッタ電極24の電位が比較的に高くなると、ショットキーバリアダイオードを介して流れる電流が増加する。ショットキーバリアダイオードを介して流れる電流が増加すると、エミッタ電極24とバリア領域15の間の電位差が増加し、ボディ領域14とバリア領域15で構成されるpn接合の順方向に加わる電圧も増加し、ボディ領域14からバリア領域15を介して正孔が注入される。これにより、エミッタ電極24からコレクタ電極22に向けて正孔が流れる。一方、コレクタ電極22からエミッタ電極24に向けて電子が流れる。このように、エミッタ電極24の電位が比較的に高いときは、pnダイオードが導通する。 When the Schottky barrier diode conducts, the potential of the barrier region 15 is maintained at a potential close to the potential of the emitter electrode 24, so that the forward voltage applied to the pn junction composed of the body region 14 and the barrier region 15 is kept low. be done. Therefore, when the potential of the emitter electrode 24 is relatively low, the pn diode does not conduct. When the potential of the emitter electrode 24 becomes relatively high, the current flowing through the Schottky barrier diode increases. When the current flowing through the Schottky barrier diode increases, the potential difference between the emitter electrode 24 and the barrier region 15 increases, and the forward voltage applied to the pn junction composed of the body region 14 and the barrier region 15 also increases. , holes are injected from the body region 14 through the barrier region 15 . As a result, holes flow from the emitter electrode 24 toward the collector electrode 22 . On the other hand, electrons flow from the collector electrode 22 toward the emitter electrode 24 . Thus, when the potential of the emitter electrode 24 is relatively high, the pn diode conducts.

上記したように、エミッタ電極24の電位が上昇するときに、ショットキーバリアダイオードが先に導通することで、pnダイオードが導通するタイミングが遅れる。これにより、還流電流が流れるときに、ボディ領域14からドリフト領域13に注入される正孔量が抑制される。その後、コレクタ電極22にエミッタ電極24よりも高い電位が印加されると、pnダイオードが逆回復動作を行う。このとき、ボディ領域14からドリフト領域13に注入された正孔量が抑制されているので、pnダイオードが逆回復動作するときの逆電流も小さくなる。このように、半導体装置1では、バリア領域15及びピラー領域16が設けられていることにより、ダイオード動作における逆回復特性が改善される。 As described above, when the potential of the emitter electrode 24 rises, the Schottky barrier diode becomes conductive first, delaying the timing of the pn diode becoming conductive. This suppresses the amount of holes injected from body region 14 into drift region 13 when return current flows. Thereafter, when a potential higher than that of the emitter electrode 24 is applied to the collector electrode 22, the pn diode performs reverse recovery operation. At this time, since the amount of holes injected from the body region 14 into the drift region 13 is suppressed, the reverse current when the pn diode performs the reverse recovery operation also becomes small. As described above, in the semiconductor device 1, the provision of the barrier region 15 and the pillar region 16 improves reverse recovery characteristics in diode operation.

次に、図面を参照し、半導体装置1の製造方法を説明する。まず、図4に示すように、半導体基板10の表層部に各種の半導体領域が形成された半導体基板10を準備する。なお、各種の半導体領域のうちの少なくとも一部は、後述の工程を実施した後に形成してもよい。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 4, a semiconductor substrate 10 is prepared in which various semiconductor regions are formed on the surface layer of the semiconductor substrate 10 . Note that at least some of the various semiconductor regions may be formed after performing the below-described steps.

次に、図5に示すように、異方性ドライエッチング技術を利用して、半導体基板10の表面からボディ領域14を貫通してドリフト領域13に達するトレンチTR1を形成する。次に、熱酸化技術を利用して、トレンチTR1の内面及び半導体基板10の表面にゲート絶縁膜34を成膜する。 Next, as shown in FIG. 5, an anisotropic dry etching technique is used to form trench TR1 extending from the surface of semiconductor substrate 10 through body region 14 to reach drift region 13 . Next, a gate insulating film 34 is formed on the inner surface of the trench TR1 and the surface of the semiconductor substrate 10 using a thermal oxidation technique.

次に、図6に示されるように、CVD技術を利用して、トレンチTR1内にポリシリコンのゲート電極32を形成し、トレンチゲート部30を形成する。ゲート電極32は、トレンチTR1の一部を充填するように形成されている。 Next, as shown in FIG. 6, the CVD technique is used to form a polysilicon gate electrode 32 in the trench TR1 to form the trench gate portion 30. Next, as shown in FIG. Gate electrode 32 is formed to partially fill trench TR1.

次に、図7に示すように、CVD技術を利用して、半導体基板10の表面の全体を被覆するように、層間絶縁膜40を成膜する。層間絶縁膜40には、ボロン又はリン等が多く含まれる酸化シリコンが用いられる。 Next, as shown in FIG. 7, an interlayer insulating film 40 is formed using CVD technology so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate 10 . Silicon oxide containing a large amount of boron, phosphorus, or the like is used for the interlayer insulating film 40 .

次に、図8に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を利用して、層間絶縁膜40の表面上にフォトレジストのマスク層52をパターニングする。マスク層52は、トレンチゲート部30が形成されている位置に対応して選択的に配置されている。 Next, as shown in FIG. 8, a mask layer 52 of photoresist is patterned on the surface of the interlayer insulating film 40 using photolithography technology and etching technology. The mask layer 52 is selectively arranged corresponding to the position where the trench gate portion 30 is formed.

次に、図9に示すように、等方性のエッチング技術(例えば、Chemical Dry Etching(CDE)技術)を利用して、層間絶縁膜40の一部をエッチングする。このとき、マスク層52の下方に存在する層間絶縁膜40に対して横方向から等方的にエッチングが進行し、層間絶縁膜40の側面が凹状の曲面に加工される。この部分が、層間絶縁膜40の上側側面40Sa(図3参照)となる。 Next, as shown in FIG. 9, an isotropic etching technique (eg, Chemical Dry Etching (CDE) technique) is used to partially etch the interlayer insulating film 40 . At this time, the interlayer insulating film 40 existing under the mask layer 52 is etched isotropically from the lateral direction, and the side surface of the interlayer insulating film 40 is processed into a concave curved surface. This portion becomes the upper side surface 40Sa of the interlayer insulating film 40 (see FIG. 3).

次に、図10に示すように、異方性のエッチング技術(例えば、Reactive Ion Etching(RIE)技術)を利用して、層間絶縁膜40の一部をエッチングし、ボディ領域14、ピラー領域16及びエミッタ領域17が露出するように、コンタクトホール40aを形成する。このとき、マスク層52の下方に存在する層間絶縁膜40の側面が平坦な平面に加工される。この部分が、層間絶縁膜40の下側側面40Sb(図3参照)となる。 Next, as shown in FIG. 10, an anisotropic etching technique (for example, Reactive Ion Etching (RIE) technique) is used to etch a portion of the interlayer insulating film 40 to form a body region 14 and a pillar region 16. Next, as shown in FIG. A contact hole 40a is formed so that the emitter region 17 is exposed. At this time, the side surface of the interlayer insulating film 40 existing under the mask layer 52 is processed into a flat plane. This portion becomes the lower side surface 40Sb of the interlayer insulating film 40 (see FIG. 3).

次に、図11に示すように、ウェットエッチング技術を利用して、マスク層52を除去する。これらの工程を経て形成された層間絶縁膜40は、側面40Sのうちの上側側面40Saが凹状の曲面に加工され、その上側側面40Saの上下両端に角部42、44が構成されている。 Next, as shown in FIG. 11, the mask layer 52 is removed using a wet etching technique. In the interlayer insulating film 40 formed through these processes, the upper side surface 40Sa of the side surfaces 40S is processed into a concave curved surface, and corners 42 and 44 are formed at both upper and lower ends of the upper side surface 40Sa.

次に、図12に示すように、層間絶縁膜40のコンタクトホール40aに露出する半導体基板10の表面上の一部にフォトレジストのマスク層54をパターニングする。マスク層54は、ピラー領域16を被覆するとともに層間絶縁膜40の側面40Sから離反するように成膜される。 Next, as shown in FIG. 12, a mask layer 54 of photoresist is patterned on a portion of the surface of the semiconductor substrate 10 exposed in the contact hole 40a of the interlayer insulating film 40. Next, as shown in FIG. The mask layer 54 is formed so as to cover the pillar region 16 and separate from the side surface 40S of the interlayer insulating film 40 .

次に、図13に示すように、イオン注入技術を利用して、層間絶縁膜40の表面と、マスク層54によって被覆されていない半導体基板10の表面と、にイオンを注入し、それらの表面粗さを増大させる。これにより、層間絶縁膜40の表面と、マスク層54によって被覆されていない半導体基板10の表面と、に微小な凹凸が形成される(図3参照)。イオン注入されるイオン種は、特に限定されるものではない。イオン種、注入エネルギー及びドーズ量は、電気的特性の影響を考慮して適宜設定される。なお、イオン種としては、表面粗さを効果的に増大させるために、原子量の大きいものが望ましい。 Next, as shown in FIG. 13, an ion implantation technique is used to implant ions into the surface of the interlayer insulating film 40 and the surface of the semiconductor substrate 10 that is not covered with the mask layer 54, and these surfaces are then implanted with ions. Increase roughness. As a result, minute irregularities are formed on the surface of the interlayer insulating film 40 and the surface of the semiconductor substrate 10 not covered with the mask layer 54 (see FIG. 3). Ion species to be ion-implanted are not particularly limited. Ion species, implantation energy, and dose are appropriately set in consideration of the influence of electrical characteristics. As the ion species, an ion species having a large atomic weight is desirable in order to effectively increase the surface roughness.

この例では、マスク層54によって被覆されていない半導体基板10の表面には、ボディ領域14とエミッタ領域17の双方が露出している。この例に代えて、マスク層54によって被覆されていない半導体基板10の表面にボディ領域14のみが露出するように、マスク層54を成膜してもよい。この場合、マスク層54は、IGBT範囲において、エミッタ領域17が形成されている範囲にも成膜され、層間絶縁膜40の側面40Sの一部に接するように形成される。このようなマスク層54が成膜されると、マスク層54によって被覆されていない半導体基板10の表面にボディ領域14のみが露出する。このため、イオン注入に用いるイオン種としてp型ドーパントを選択すれば、電気的特性への影響が抑えながら、表面粗さを増大させることができる。 In this example, both the body region 14 and the emitter region 17 are exposed on the surface of the semiconductor substrate 10 not covered by the mask layer 54 . Alternatively, the mask layer 54 may be deposited such that only the body region 14 is exposed on the surface of the semiconductor substrate 10 not covered by the mask layer 54 . In this case, the mask layer 54 is also formed in the area where the emitter region 17 is formed in the IGBT area, and is formed so as to be in contact with part of the side surface 40S of the interlayer insulating film 40 . When such a mask layer 54 is formed, only the body region 14 is exposed on the surface of the semiconductor substrate 10 not covered with the mask layer 54 . Therefore, by selecting a p-type dopant as the ion species used for ion implantation, it is possible to increase the surface roughness while suppressing the influence on the electrical characteristics.

次に、図14に示すように、ウェットエッチング技術を利用して、マスク層54を除去する。 Next, as shown in FIG. 14, the mask layer 54 is removed using a wet etching technique.

次に、図15に示すように、スパッタ技術を利用して、半導体基板10の表面及び層間絶縁膜40の表面を覆うように、アルミニウムシリコンのエミッタ電極24を成膜する。このときのエミッタ電極24に含まれるシリコンの挙動について、図16を参照して説明する。 Next, as shown in FIG. 15, a sputtering technique is used to form an emitter electrode 24 of aluminum silicon so as to cover the surface of the semiconductor substrate 10 and the surface of the interlayer insulating film 40 . The behavior of silicon contained in the emitter electrode 24 at this time will be described with reference to FIG.

図16に示すように、成膜されたエミッタ電極24には、アルミ粒界24aが存在する。アルミ粒界24aは、エミッタ電極24が成膜される過程において、層間絶縁膜40の角部42、44を起点として上方に伸びて形成される(この例では、角部42を例示するが、角部44を起点としてアルミ粒界24aが形成されることもある)。具体的には、層間絶縁膜40の頂面40Tから堆積されるアルミニウム結晶と層間絶縁膜40の上側側面40Saから堆積されるアルミニウム結晶のそれぞれが異なる方位のアルミニウム結晶として成長し、これにより、これらの間にアルミ粒界24aが形成される。このようなアルミ粒界24aが存在すると、エミッタ電極24に含まれるシリコンのうちの固溶度を超えたシリコンは、アルミ粒界24aに移動する。アルミ粒界24aに移動したシリコンは、アルミ粒界24aに沿って拡散する。アルミ粒界24aに沿って拡散したシリコンは、層間絶縁膜40の表面、あるいは、層間絶縁膜40の表面を超えて半導体基板10の表面に到達する。半導体装置1では、層間絶縁膜40の表面及び半導体基板10の表面のうちの層間絶縁膜40の側面下側の端部に対応した表面の表面粗さが増大しており、微小な凹凸が形成されている。このような微小な凹凸の凸部を起点にシリコンが核成長することから、層間絶縁膜40の表面及び層間絶縁膜40の側面下側の端部に対応した半導体基板10の表面でシリコンノジュール62となって安定化する。 As shown in FIG. 16, the deposited emitter electrode 24 has aluminum grain boundaries 24a. The aluminum grain boundary 24a is formed extending upward from corners 42 and 44 of the interlayer insulating film 40 in the process of forming the emitter electrode 24 (in this example, the corner 42 is illustrated, An aluminum grain boundary 24a may be formed starting from the corner 44). Specifically, the aluminum crystals deposited from the top surface 40T of the interlayer insulating film 40 and the aluminum crystals deposited from the upper side surface 40Sa of the interlayer insulating film 40 grow as aluminum crystals with different orientations. Aluminum grain boundaries 24a are formed between. If such an aluminum grain boundary 24a exists, the silicon exceeding the solid solubility in the silicon contained in the emitter electrode 24 moves to the aluminum grain boundary 24a. The silicon that has migrated to the aluminum grain boundaries 24a diffuses along the aluminum grain boundaries 24a. The silicon diffused along the aluminum grain boundaries 24 a reaches the surface of the interlayer insulating film 40 or reaches the surface of the semiconductor substrate 10 beyond the surface of the interlayer insulating film 40 . In the semiconductor device 1, the surface roughness of the surface of the interlayer insulating film 40 and the surface of the semiconductor substrate 10 corresponding to the lower end portion of the side surface of the interlayer insulating film 40 is increased, and minute unevenness is formed. It is Since silicon nuclei grow starting from the projections of such fine unevenness, silicon nodules 62 are formed on the surface of the interlayer insulating film 40 and the surface of the semiconductor substrate 10 corresponding to the lower end of the side surface of the interlayer insulating film 40 . becomes stable.

このように、上記した製造方法によると、層間絶縁膜40の表面及び層間絶縁膜40の側面下側の端部に対応した半導体基板10の表面の表面粗さを選択的に増大させることにより、エミッタ電極24内に形成されるアルミ粒界24aの位置を制御することができ、これにより、層間絶縁膜40の表面、又は、層間絶縁膜40の側面下側の端部に対応した半導体基板10の表面にシリコンノジュール62を選択的に析出させることができる。これらの位置は、ピラー領域16の形成位置から十分に離れている。したがって、上記した製造方法によると、シリコンノジュール62がピラー領域16の形成位置に析出することが抑えられる。 As described above, according to the manufacturing method described above, by selectively increasing the surface roughness of the surface of the semiconductor substrate 10 corresponding to the surface of the interlayer insulating film 40 and the lower end portion of the side surface of the interlayer insulating film 40, The position of the aluminum grain boundary 24a formed in the emitter electrode 24 can be controlled, so that the semiconductor substrate 10 corresponding to the surface of the interlayer insulating film 40 or the lower end of the side surface of the interlayer insulating film 40. silicon nodules 62 can be selectively deposited on the surface of the These positions are sufficiently distant from the formation positions of the pillar regions 16 . Therefore, according to the manufacturing method described above, the deposition of the silicon nodules 62 at the formation positions of the pillar regions 16 is suppressed.

次に、半導体基板10の周辺領域10B(図1参照)上のエミッタ電極24を除去するようにエミッタ電極24を加工し、半導体基板10の周辺領域10B(図1参照)上に保護膜(例えば、ポリイミド膜)を成膜する。最後に、半導体基板10を薄層化した後に、半導体基板10の裏面に各種の半導体領域及びコレクタ電極22を形成し、半導体装置1が完成する。 Next, the emitter electrode 24 is processed so as to remove the emitter electrode 24 on the peripheral region 10B (see FIG. 1) of the semiconductor substrate 10, and a protective film (for example, , polyimide film). Finally, after thinning the semiconductor substrate 10, various semiconductor regions and a collector electrode 22 are formed on the back surface of the semiconductor substrate 10, and the semiconductor device 1 is completed.

上記したように、本実施形態の製造方法によると、シリコンノジュール62がピラー領域16の形成位置に析出することが抑えられる。シリコンノジュール62がピラー領域16の形成位置に析出してピラー領域16とエミッタ電極24の間のバリアハイトが変化するといった事態が抑制される。即ち、半導体装置1では、ピラー領域16とエミッタ電極24の間のバリアハイトが安定しているので、リーク電流が増加するといった問題が抑えられている。半導体装置1は、高い信頼性を有することができる。 As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the deposition of the silicon nodules 62 at the formation positions of the pillar regions 16 is suppressed. A situation in which the silicon nodules 62 are deposited at the formation position of the pillar region 16 to change the barrier height between the pillar region 16 and the emitter electrode 24 is suppressed. That is, in the semiconductor device 1, since the barrier height between the pillar region 16 and the emitter electrode 24 is stable, the problem of increased leak current is suppressed. The semiconductor device 1 can have high reliability.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as of the filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings achieve multiple purposes at the same time, and achieving one of them has technical utility in itself.

1 :半導体装置
10 :半導体基板
11 :コレクタ領域
12 :バッファ領域
13 :ドリフト領域
14 :ボディ領域
15 :バリア領域
16 :ピラー領域
17 :エミッタ領域
18 :カソード領域
22 :コレクタ電極
24 :エミッタ電極
30 :トレンチゲート部
32 :ゲート電極
34 :ゲート絶縁膜
40 :層間絶縁膜
Reference Signs List 1: semiconductor device 10: semiconductor substrate 11: collector region 12: buffer region 13: drift region 14: body region 15: barrier region 16: pillar region 17: emitter region 18: cathode region 22: collector electrode 24: emitter electrode 30: Trench gate portion 32 : Gate electrode 34 : Gate insulating film 40 : Interlayer insulating film

Claims (1)

半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面に設けられているトレンチゲート部と、前記半導体基板の前記一方の主面の上方を被覆している表面電極と、前記トレンチゲート部を前記表面電極から絶縁している層間絶縁膜と、を備えており、前記半導体基板は、第1導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられている第2導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の少なくとも一部の下方に設けられている第1導電型のバリア領域と、前記半導体基板の前記一方の主面から前記バリア領域まで伸びており、前記表面電極にショットキー接触する第1導電型のピラー領域と、を有しており、前記表面電極が、シリコンを含む合金である、半導体装置の製造方法であって、
前記トレンチゲート部が形成された前記半導体基板の前記一方の主面上に前記層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記層間絶縁膜の一部をエッチングし、前記ボディ領域と前記ピラー領域が露出するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールに露出する前記半導体基板の前記一方の主面上に、前記ピラー領域を被覆するとともに前記層間絶縁膜の側面から離反するマスク層を成膜する工程と、
前記層間絶縁膜の表面と、前記コンタクトホールにおいて前記マスク層によって被覆されていない前記半導体基板の前記一方の主面と、の表面粗さを増大させる工程と、
前記マスク層を除去する工程と、
前記表面電極を成膜する工程と、を備えている、半導体装置の製造方法。
a semiconductor substrate; a trench gate portion provided on one main surface of the semiconductor substrate; a surface electrode covering the one main surface of the semiconductor substrate; an interlayer insulating film insulated from the semiconductor substrate, the semiconductor substrate comprising: a drift region of a first conductivity type; a body region of a second conductivity type provided above the drift region; a barrier region of a first conductivity type provided below at least a portion of the region; and a first conductivity type extending from the one main surface of the semiconductor substrate to the barrier region and making Schottky contact with the surface electrode. a pillar region of a mold, wherein the surface electrode is an alloy containing silicon, comprising:
forming the interlayer insulating film on the one main surface of the semiconductor substrate on which the trench gate portion is formed;
etching a portion of the interlayer insulating film to form a contact hole exposing the body region and the pillar region;
forming a mask layer covering the pillar region and separated from the side surface of the interlayer insulating film on the one main surface of the semiconductor substrate exposed to the contact hole;
increasing the surface roughness of the surface of the interlayer insulating film and the one main surface of the semiconductor substrate not covered by the mask layer in the contact hole;
removing the mask layer;
and a step of forming the surface electrode.
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