KR100778986B1 - Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR100778986B1
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데쯔야 오까다
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Abstract

종래에는, 1층의 금속 전극층을 소자 영역에 컨택트시키고, 해당 금속 전극층 상에 본딩 와이어를 고착하였다. 장치의 온 저항을 저감하기 위해서는, 금속 전극층의 막 두께를 두껍게 하는 것이 바람직하지만, 패터닝의 정밀도에 한계가 있다. 또한, 본딩 와이어에 Au 세선을 채용하면, 시간 경과에 수반하여 Au/Al 공정층이 형성되어, 소자 영역의 층간 절연막에 프레셔를 주는 문제가 있었다. 금속 전극층을 2층으로 한다. 제1 전극층은, 종래와 같이 소자 영역에 맞춘 미세한 이격 거리로 패터닝한다. 한편 제2 전극층은 제1 전극층과 콘택트하면 되어, 이격 거리가 넓어져도 문제는 없다. 즉 제2 전극층을 원하는 막 두께로 할 수 있다. 또한, 와이어 본드 영역 하방의 제1 전극층 상에 질화막을 배치함으로써, Au/Al 공정층에 의한 체적 팽창이 발생한 경우라도 그 스트레스가 소자 영역에 전달되는 것을 방지할 수 있다. Conventionally, one metal electrode layer was contacted to an element region, and a bonding wire was fixed on the metal electrode layer. In order to reduce the on resistance of the apparatus, it is preferable to increase the thickness of the metal electrode layer, but there is a limit in the accuracy of patterning. In addition, when Au thin wires are used as the bonding wires, Au / Al eutectic layers are formed with time, and there is a problem of giving pressure to the interlayer insulating film in the element region. The metal electrode layer is made into two layers. The first electrode layer is patterned at a fine separation distance matched with the element region as in the prior art. On the other hand, the second electrode layer may be in contact with the first electrode layer, and there is no problem even if the separation distance increases. That is, a 2nd electrode layer can be made into a desired film thickness. In addition, by arranging the nitride film on the first electrode layer below the wire bond region, it is possible to prevent the stress from being transferred to the element region even when volume expansion by the Au / Al process layer occurs.

전극층, 와이어 본드 영역, 질화막, 본딩 와이어, 절연막 Electrode layer, wire bond region, nitride film, bonding wire, insulating film

Description

절연 게이트형 반도체 장치 및 그 제조 방법{INSULATED GATE TYPE SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}INSULATED GATE TYPE SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

도 1은 본 발명의 반도체 장치의 단면도. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device of the present invention.

도 2는 본 발명의 반도체 장치를 설명하는 평면도. 2 is a plan view illustrating a semiconductor device of the present invention.

도 3은 본 발명의 반도체 장치를 설명하는 평면도. 3 is a plan view illustrating a semiconductor device of the present invention.

도 4는 본 발명의 반도체 장치를 설명하는 단면도. 4 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device of the present invention.

도 5는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 단면도. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention.

도 6은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 단면도. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention.

도 7은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 단면도. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device of the invention.

도 8은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 단면도. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device of the invention.

도 9는 종래의 반도체 장치를 설명하는 (A) 단면도, (B) 평면도. 9 is a cross-sectional view (A) and a plan view (B) illustrating a conventional semiconductor device.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : n+형 실리콘 반도체 기판1: n + type silicon semiconductor substrate

2 : n-형 에피택셜층(드레인 영역)2: n-type epitaxial layer (drain region)

3 : p+형 영역3: p + type region

4 : 채널층4: channel layer

8 : 트렌치8: trench

11 : 게이트 산화막11: gate oxide film

13 : 게이트 전극13: gate electrode

14 : 보디 영역14: body area

15 : 소스 영역15: source area

16 : 층간 절연막16: interlayer insulation film

17 : 제1 전극층17: first electrode layer

17s : 제1 소스 전극17s: first source electrode

17g : 제1 게이트 패드 전극17g: first gate pad electrode

18 : 제2 전극층18: second electrode layer

18s : 제2 소스 전극18s: second source electrode

18g : 제2 게이트 패드 전극18g: second gate pad electrode

20 : 소자 영역 20: device region

21 : 제1 질화막21: first nitride film

22 : 제2 질화막22: second nitride film

25 : MOSFET25: MOSFET

26 : 와이어 본드 영역26: wire bond area

27 : 본딩 와이어27: bonding wire

28 : 보호막28: protective film

31 : n+형 실리콘 반도체 기판31: n + type silicon semiconductor substrate

32 : 드레인 영역32: drain region

33 : p+형 영역33: p + type region

34 : 채널층34: channel layer

37 : 트렌치37: trench

41 : 게이트 산화막41: gate oxide film

43 : 게이트 전극43: gate electrode

44 : 보디 영역44: body area

45 : 소스 영역45: source region

46 : 층간 절연막46: interlayer insulation film

50 : 보호막50: shield

51 : 소자 영역51: device region

52 : MOSFET52: MOSFET

60 : 본딩 와이어60: bonding wire

[특허 문헌1] 일본 특개2002-368218호 공보(도 5)[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-368218 (Fig. 5)

본 발명은 절연 게이트형 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 장치의 온 저항의 저감과, 와이어 본드 시의 불량을 개선한 절연 게이트형 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an insulated gate semiconductor device and a method for manufacturing the same, which reduce the on-resistance of the device and improve defects in wire bonding.

도 9는 종래의 반도체 장치를 도시한다. 도 9의 (A)는 단면도이며, 도 9의 (B)는 평면도이다. 도 9의 (A)는 도 9의 (B)의 b-b선 단면도이다. 9 shows a conventional semiconductor device. FIG. 9A is a sectional view, and FIG. 9B is a plan view. FIG. 9A is a cross-sectional view taken along the line b-b of FIG. 9B.

도 9의 (A)와 같이 소자 영역(51)에는, 예를 들면 트렌치 구조의 MOSFET(52)가 형성된다. 즉 n+형의 실리콘 반도체 기판(31) 상에 n-형의 에피택셜층으로 이루어지는 드레인 영역(32)을 형성하고, 그 표면에 p형의 채널층(34)을 형성한다. 채널층(34)을 관통하여, 드레인 영역(32)까지 도달하는 트렌치(37)를 형성하고, 트렌치(37)의 내벽을 게이트 산화막(41)으로 피막하고, 트렌치(37)에 충전된 폴리실리콘으로 이루어지는 게이트 전극(43)을 형성한다. 트렌치(37)에 인접한 채널층(34) 표면에는 n+형의 소스 영역(45)이 형성되고, 인접하는 2개의 셀의 소스 영역(45) 사이의 채널층(34) 표면에는 p+형의 보디 영역(44)을 형성한다. 게이트 전극(43) 상은 층간 절연막(46)으로 피복된다. 표면에는, 소자 영역(51)과 접속하는 금속 전극층(47)을 형성한다. As shown in FIG. 9A, a MOSFET 52 having a trench structure is formed in the element region 51, for example. That is, the drain region 32 formed of the n-type epitaxial layer is formed on the n + type silicon semiconductor substrate 31, and the p-type channel layer 34 is formed on the surface thereof. A trench 37 penetrating through the channel layer 34 and reaching the drain region 32 is formed, the inner wall of the trench 37 is coated with a gate oxide film 41, and the polysilicon filled in the trench 37 is formed. A gate electrode 43 is formed. An n + type source region 45 is formed on the surface of the channel layer 34 adjacent to the trench 37, and a p + type body region is formed on the surface of the channel layer 34 between the source regions 45 of two adjacent cells. Form 44. The gate electrode 43 is covered with an interlayer insulating film 46. On the surface, a metal electrode layer 47 is formed which is connected to the element region 51.

도 9의 (B)와 같이, 금속 전극층(47)은 소정의 형상으로 패터닝되어, 소자 영역(51) 전체면을 피복하는 소스 전극(47s) 및, 게이트 패드 전극(47g) 등을 형성한다. 소스 전극(47s)는, 소스 영역(45) 및 보디 영역(44)에 컨택트한다. 또한, 게이트 패드 전극(47g)은 보호 다이오드 D를 개재하거나 하여, 소자 영역(51)의 게이트 전극(43)과 접속한다. As shown in FIG. 9B, the metal electrode layer 47 is patterned into a predetermined shape to form a source electrode 47s covering the entire surface of the element region 51, a gate pad electrode 47g, and the like. The source electrode 47s contacts the source region 45 and the body region 44. The gate pad electrode 47g is connected to the gate electrode 43 of the element region 51 via the protection diode D.

금속 전극층(47) 상에는, 보호막으로 되는 질화막(50)이 형성되고, 질화막(50)을 개구하여 본딩 와이어(60)를 고착한다(예를 들면 특허 문헌1 참조). On the metal electrode layer 47, a nitride film 50 serving as a protective film is formed, and the nitride film 50 is opened to fix the bonding wire 60 (see Patent Document 1, for example).

본딩 와이어(60)는, 예를 들면 소자 영역(51)을 피복하는 소스 전극(47s) 상 에 4개소, 게이트 패드 전극(47g) 상에 1개소 고착된다. For example, four bonding wires 60 are fixed on the source electrode 47s covering the element region 51 and one on the gate pad electrode 47g.

MOSFET 등의 절연 게이트형 반도체 장치에서는, 온 저항의 저감이 특성 향상의 중요한 팩터로 되어 있다. 온 저항의 저감에는 여러 가지 방법이 채용되지만, 예를 들면 소자 영역의 전체면에 컨택트하는 금속 전극층(47)(소스 전극(47s))의 저항값을 저감하는 것이, 비교적 저코스트이며 실시가 용이하다. 구체적으로는, 저항값이 낮은 금속층으로서 알루미늄 합금으로 이루어지는 금속 전극층(47)이 일반적으로 채용되고 있다. In insulated gate semiconductor devices such as MOSFETs, the reduction of the on resistance is an important factor for improving the characteristics. Various methods are employed to reduce the on resistance, but for example, it is relatively low cost and easy to reduce the resistance value of the metal electrode layer 47 (source electrode 47s) that contacts the entire surface of the element region. Do. Specifically, as the metal layer having a low resistance value, a metal electrode layer 47 made of an aluminum alloy is generally employed.

그런데, 알루미늄 합금의 금속 전극층(47)의 경우, 본딩 와이어에 금(Au) 세선을 채용하면, 예를 들면 일정 기간이 경과한 후에 불량이 발생하는 문제가 있다. 즉, 금속 전극층(47)에 Au 볼을 직접 고착하면, 시간의 경과에 수반하여 그 계면에서 Au와 Al이 상호 확산되어, Au/Al 공정층이 형성된다. Au/Al 공정은, 체적 팽창을 야기하고, 그 때의 스트레스가 층간 절연막(46)에 프레셔를 준다. By the way, in the case of the metal electrode layer 47 of an aluminum alloy, when a gold (Au) thin wire is employ | adopted as a bonding wire, there exists a problem that a defect generate | occur | produces, for example after a certain period of time passes. That is, when Au balls are directly fixed to the metal electrode layer 47, Au and Al diffuse to each other at the interface with time, and an Au / Al process layer is formed. The Au / Al process causes volume expansion, and the stress at that time gives the interlayer insulating film 46 a pressure.

층간 절연막(46)에 프레셔가 가해지면 크랙 C가 발생하여(도 9의 (A) 참조), 게이트-소스간의 리크를 일으키는 문제가 있다. If pressure is applied to the interlayer insulating film 46, crack C occurs (see Fig. 9A), which causes a problem of leakage between the gate and the source.

또한, 한층 더한 온 저항의 저감을 목표로 하는 경우에는, 예를 들면, 알루미늄 합금층 대신에, 보다 저항값이 낮은 금속층을 채용하는 것도 생각된다. 알루미늄 합금층이 아니면, 상술한 Al/Au 공정에 의한 크랙 C의 발생도 회피할 수 있다. 그러나, 알루미늄 합금층은 기존의 스퍼터 장치를 이용할 수 있고, 코스트도 염가이다. 또한 패터닝도 용이하여, 금속 전극층(47)으로서 적합하다. 따라서, 금속 전극층(47)에는 알루미늄 합금을 채용하고, 금속 전극층(47)의 막 두께를 두껍게 함으로써, 저항값을 보다 저감할 수 있다. Moreover, when aiming at the further reduction of an on resistance, it is also considered to employ | adopt a metal layer with a lower resistance value instead of an aluminum alloy layer, for example. If it is not an aluminum alloy layer, the generation of the crack C by the Al / Au process mentioned above can also be avoided. However, the aluminum alloy layer can use the existing sputtering apparatus, and cost is also inexpensive. Moreover, patterning is also easy and it is suitable as the metal electrode layer 47. FIG. Therefore, an aluminum alloy is employ | adopted as the metal electrode layer 47, and the thickness of the metal electrode layer 47 is made thick, and a resistance value can be reduced more.

그러나 알루미늄 합금의 막 두께를 두껍게 하는 것에도 한계가 있다. 즉, 저코스트의 웨트 에칭으로 알루미늄 합금의 패터닝을 행하는 경우, 깊이 방향의 에칭량과 동등한 사이드 에칭이 발생하기 때문에, 막 두께를 두껍게 하면 할수록, 인접하는 패턴(예를 들면 게이트 패드 전극(47g)과 소스 전극(47s))과의 이격 거리를 확보할 필요가 있다. 따라서, 소자 영역(51)이나, 게이트 패드 전극(47g)과의 패턴 배치가 필요 이상으로 넓어지게 되어, 칩 사이즈가 증대되게 된다고 하는 문제가 있다. However, there is a limit to the thickening of the aluminum alloy film. That is, when the aluminum alloy is patterned by the low cost wet etching, side etching that is equivalent to the etching amount in the depth direction occurs, so that the thicker the film thickness is, the adjacent pattern (for example, the gate pad electrode 47g) is formed. And a separation distance from the source electrode 47s). Therefore, there is a problem that the pattern arrangement with the element region 51 and the gate pad electrode 47g becomes wider than necessary and the chip size is increased.

한편, 드라이 에칭이면 사이드 에칭이 발생하지 않지만, 에칭 장치가 고가이다. 또한 에칭 마스크로 되는 레지스트막과 알루미늄 합금과의 에칭 선택비의 관계로부터, 에칭 가능한 막 두께에도 한계가 있다. 즉, 알루미늄 합금의 드라이 에쳐는 레지스트막과의 선택비가 낮아, 두꺼운 알루미늄 합금을 에칭하는 동안에 남겨야 할 레지스트막도 에칭이 진행되게 되어, 마스크 패턴을 정확하게 형성할 수 없다. 레지스트막을 두껍게 형성하면 되지만, 그 경우 해상도가 열화되기 때문에, 미세 패턴에는 부적합하다. On the other hand, if it is dry etching, side etching does not generate | occur | produce, but an etching apparatus is expensive. Moreover, the film thickness which can be etched has a limit from the relationship of the etching selectivity of the resist film used as an etching mask and an aluminum alloy. That is, the dry etchant of the aluminum alloy has a low selectivity with respect to the resist film, so that the resist film to be left during the etching of the thick aluminum alloy also undergoes etching, so that a mask pattern cannot be formed accurately. Although the resist film may be thickly formed, since the resolution deteriorates in that case, it is unsuitable for a fine pattern.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 첫째로, 반도체 기판 상에 형성한 절연 게이트형 반도체 소자 영역과, 적어도 상기 소자 영역 상을 피복하고, 그 소자 영역과 접속하는 제1 전극층과, 상기 제1 전극층의 일부를 피복하는 절연막과, 상기 제1 전극층 및 상기 절연막 상을 피복하고, 그 절연막으로부터 노출되는 상기 제1 전극층과 컨택트하는 제2 전극층을 구비함으로써 해결하는 것이다. This invention is made | formed in view of such a subject, Firstly, the insulated-gate semiconductor element area | region formed on the semiconductor substrate, the 1st electrode layer which coat | covers at least the said element area | region, and connects with this element area | region, This is solved by providing an insulating film covering a portion of the first electrode layer, a second electrode layer covering the first electrode layer and the insulating film, and contacting the first electrode layer exposed from the insulating film.

둘째로, 반도체 기판 상에 형성한 절연 게이트형 반도체 소자 영역과, 적어도 상기 소자 영역 상을 피복하고, 그 소자 영역과 접속하는 제1 전극층과, 상기 제1 전극층의 일부를 피복하는 절연막과, 상기 제1 전극층 및 상기 절연막 상을 피복하고, 그 절연막으로부터 노출되는 상기 제1 전극층과 컨택트하는 제2 전극층과, 상기 절연막의 상방의 상기 제2 전극층과 고착하는 본딩 와이어를 구비함으로써 해결하는 것이다. Secondly, an insulated gate semiconductor element region formed on a semiconductor substrate, a first electrode layer covering at least the element region and connected to the element region, an insulating film covering a portion of the first electrode layer, and This is solved by providing a first electrode layer and a second electrode layer covering the upper surface of the insulating film and contacting the first electrode layer exposed from the insulating film, and a bonding wire fixed to the second electrode layer above the insulating film.

셋째로, 반도체 기판 상에 절연 게이트형 반도체 소자 영역을 형성하는 공정과, 적어도 상기 소자 영역 상을 피복하고, 그 소자 영역과 접속하는 제1 전극층을 형성하는 공정과, 상기 제1 전극층의 일부를 피복하는 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제1 전극층 및 상기 절연막 상을 피복하고, 그 절연막으로부터 노출되는 상기 제1 전극층과 컨택트하는 제2 전극층을 형성하는 공정을 구비함으로써 해결하는 것이다. Thirdly, forming an insulated gate semiconductor device region on the semiconductor substrate; forming a first electrode layer covering at least the device region and connecting to the device region; and a part of the first electrode layer. It is solved by providing the process of forming the insulating film to coat | cover, and the process of forming the 2nd electrode layer which coat | covers the said 1st electrode layer and the said insulating film, and contacts the said 1st electrode layer exposed from this insulating film.

<실시예><Example>

본 발명의 실시예를, 도 1 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 일례로서 소자 영역에 n 채널형 MOSFET가 배치되는 경우를 설명한다. An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8. As an example, the case where the n-channel MOSFET is arranged in the element region is described.

도 1에는, 본 실시예의 반도체 장치의 단면도를 도시한다. 1 shows a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment.

소자 영역(20)에는, MOSFET(25)가 구성되어 있다. 또한, 본 실시예에서는, MOSFET(25)가 배치되는 채널층의 형성 영역을 소자 영역(20)으로 한다. In the device region 20, a MOSFET 25 is formed. In this embodiment, the formation region of the channel layer in which the MOSFET 25 is arranged is referred to as the element region 20.

소자 영역(20) 상에는 제1 전극층(17)이 형성된다. 제1 전극층(17)은 알루미늄 합금층이며, 소자 영역(20)과 접속한다. 제1 전극층(17)은, 도면과 같이 제1 개구부 OP1에 의해서 복수로 분리되고, 이에 의해 제1 소스 전극(17s) 및 제1 게이트 패드 전극(17g)이 형성된다. The first electrode layer 17 is formed on the device region 20. The first electrode layer 17 is an aluminum alloy layer and is connected to the element region 20. As shown in the drawing, the first electrode layer 17 is separated into a plurality of portions by the first opening OP1, whereby the first source electrode 17s and the first gate pad electrode 17g are formed.

제1 소스 전극(17s)는, 소자 영역(20) 상의 전체면을 피복하여 형성되고, MOSFET(25)의 소스 영역(15)과 접속한다. 또한, 제1 게이트 패드 전극(17g)은, 소자 영역(20) 밖의 예를 들면 칩 코너부의 기판 표면에 형성된다. 제1 게이트 패드 전극(17g)은, 보호 다이오드 D를 개재하거나 하여 MOSFET(25)의 게이트 전극(13)과 접속한다. 제1 전극층(17)(제1 소스 전극(17s) 및 제1 게이트 패드 전극(17g))의 막 두께 d1은, 대략 3㎛ 정도이다. The first source electrode 17s is formed covering the entire surface of the element region 20 and connected to the source region 15 of the MOSFET 25. The first gate pad electrode 17g is formed outside the element region 20, for example, on the substrate surface of the chip corner portion. The first gate pad electrode 17g is connected to the gate electrode 13 of the MOSFET 25 via the protection diode D. The film thickness d1 of the first electrode layer 17 (the first source electrode 17s and the first gate pad electrode 17g) is approximately 3 μm.

제1 전극층(17) 상에는 제1 절연막(21)이 배치된다. 제1 절연막은 질화막(이하 제1 질화막(21))이며, 0.5㎛∼3㎛(예를 들면 0.7㎛)의 막 두께를 갖는다. 후에 상술하지만 제1 질화막(21)은 제1 전극층(17)의 일부가 노출되도록, 적어도, 본딩 와이어(27)가 고착되는 영역(와이어 본드 영역(26))의 하방에 배치된다. The first insulating layer 21 is disposed on the first electrode layer 17. The first insulating film is a nitride film (hereinafter referred to as first nitride film 21) and has a film thickness of 0.5 µm to 3 µm (for example, 0.7 µm). Although mentioned later, the 1st nitride film 21 is arrange | positioned below the area | region (wire bond area | region 26) to which the bonding wire 27 is fixed so that a part of 1st electrode layer 17 may be exposed.

제2 전극층(18)은, 제1 전극층(17) 및 제1 질화막(21) 상을 피복하고, 제1 질화막(21)으로부터 노출되는 제1 전극층(17)과 컨택트한다. 제2 전극층(18)도 예를 들면 알루미늄 합금으로 이루어지며, 제1 개구부 OP1과는 개구폭이 다른 제2 개구부 OP2에 의해 복수로 분리된다. 이에 의해 제1 소스 전극(17s)에 컨택트하는 제2 소스 전극(18s)과, 제1 게이트 패드 전극(17g)에 컨택트하는 제2 게이트 패드 전극(18g)이 형성된다. 이들의 막 두께 d2는, 예를 들면 3㎛ 정도이다. 또한, 이 막 두께 d2는, 일례이며, 요구되는 온 저항 등, 장치의 저항 특성에 따라 적절하게 선택한다. The second electrode layer 18 covers the first electrode layer 17 and the first nitride film 21 and contacts the first electrode layer 17 exposed from the first nitride film 21. The second electrode layer 18 is also made of, for example, an aluminum alloy, and is separated in plurality by the second opening OP2 having a different opening width from the first opening OP1. As a result, the second source electrode 18s that contacts the first source electrode 17s and the second gate pad electrode 18g that contacts the first gate pad electrode 17g are formed. These film thicknesses d2 are about 3 micrometers, for example. In addition, this film thickness d2 is an example, and it selects suitably according to the resistance characteristic of an apparatus, such as a required ON resistance.

MOSFET(25)는, n+ 실리콘 반도체 기판(1) 상에 n-형 반도체층(에피택셜층)(2)을 형성하여 드레인 영역으로 하고, 그 표면에 형성한 p형의 채널층(4)에 형성된다. 채널층(4) 외주에는, 채널층(4)보다도 깊고 고농도인 p+형 영역(3)이 형성되어, 채널층(4) 종단에서의 공핍층의 곡율을 완화하여 전계 집중을 억제하고 있다. The MOSFET 25 forms an n-type semiconductor layer (epitaxial layer) 2 on the n + silicon semiconductor substrate 1 to serve as a drain region, and the p-type channel layer 4 formed on the surface thereof. Is formed. In the outer periphery of the channel layer 4, a deeper and higher concentration p + type region 3 is formed than the channel layer 4, thereby reducing the curvature of the depletion layer at the end of the channel layer 4 to suppress electric field concentration.

트렌치(8)는, 채널층(4)을 관통하여 n-형 반도체층(2)까지 도달시킨다. 일반적으로는 반도체 기판 상에 격자 형상 또는 스트라이프 형상으로 패터닝한다. 트렌치(8) 내벽에는 게이트 산화막(11)을 형성하고, 게이트 전극(13)을 형성하기 위해 폴리실리콘을 매설한다. The trench 8 penetrates through the channel layer 4 and reaches the n-type semiconductor layer 2. Generally, patterning is carried out in a lattice shape or stripe shape on a semiconductor substrate. A gate oxide film 11 is formed on the inner wall of the trench 8, and polysilicon is embedded to form the gate electrode 13.

게이트 산화막(11)은, 적어도 채널층(4)과 접하는 트렌치(8) 내벽에, 구동 전압에 따라 수백Å의 두께로 형성한다. 게이트 산화막(11)은 절연막이기 때문에, 트렌치(8) 내에 형성된 게이트 전극(13)과 반도체 기판 사이에 끼워져 MOS 구조로 되어 있다. The gate oxide film 11 is formed on the inner wall of the trench 8 at least in contact with the channel layer 4 with a thickness of several hundred micrometers in accordance with the driving voltage. Since the gate oxide film 11 is an insulating film, the gate oxide film 11 is sandwiched between the gate electrode 13 formed in the trench 8 and the semiconductor substrate to have a MOS structure.

게이트 전극(13)은, 트렌치(8)에 매설된 도전 재료이다. 도전 재료는 예를 들면 폴리실리콘이며, 그 폴리실리콘에는, 저저항화를 도모하기 위하여 n형 불순물이 도입되어 있다. 이 게이트 전극(13)은 폴리실리콘의 패터닝에 의해 형성되는 연결부(여기서는 도시 생략)에 의해, 보호 다이오드 D와 접속하고, 또한 게이트 패 드 전극(17g)에 접속한다. The gate electrode 13 is a conductive material embedded in the trench 8. The conductive material is, for example, polysilicon, and n-type impurities are introduced into the polysilicon in order to reduce the resistance. The gate electrode 13 is connected to the protection diode D and connected to the gate pad electrode 17g by a connection portion (not shown here) formed by patterning of polysilicon.

소스 영역(15)은, 트렌치(8)에 인접한 채널층(4) 표면에 n+형 불순물을 주입한 확산 영역이다. 또한 인접하는 소스 영역(15) 사이의 채널층(4) 표면 및 소자 영역(20) 단부의 채널층(4) 표면에는, p+형 불순물의 확산 영역인 보디 영역(14)을 형성하여, 기판의 전위를 안정화시킨다. The source region 15 is a diffusion region in which n + -type impurities are injected into the surface of the channel layer 4 adjacent to the trench 8. In addition, a body region 14, which is a diffusion region of p + type impurity, is formed on the surface of the channel layer 4 between the adjacent source regions 15 and the surface of the channel layer 4 at the end of the element region 20. Stabilize the potential.

게이트 전극(13) 상에는, 층간 절연막(16)이 형성된다. 층간 절연막(16) 사이의 컨택트홀을 통하여, 제1 소스 전극(17s)이 소스 영역(15) 및 보디 영역(14)과 컨택트한다. On the gate electrode 13, an interlayer insulating film 16 is formed. The first source electrode 17s contacts the source region 15 and the body region 14 through the contact holes between the interlayer insulating layers 16.

제1 게이트 패드 전극(17g)은, 취약한 게이트 산화막(11)을 과전압 등으로부터 보호하는 보호 다이오드 D 상에 배치되며, 보호 다이오드 D의 일단과 접속한다. 보호 다이오드 D의 일단은, 게이트 전극(13)과 접속하고, 보호 다이오드 D의 타단은, 제1 소스 전극(17s)과 접속한다. The first gate pad electrode 17g is disposed on the protection diode D that protects the weak gate oxide film 11 from overvoltage and the like, and is connected to one end of the protection diode D. One end of the protection diode D is connected to the gate electrode 13, and the other end of the protection diode D is connected to the first source electrode 17s.

도 2는, 도 1의 반도체 장치의 칩 평면도이다. 도 2의 (A)가 제1 전극층(17) 및 제1 질화막(21)의 패턴을 도시하는 도면이며, 도 2의 (B)가 제2 전극층(18)의 패턴을 도시하는 도면이다. 도 2에서 소자 영역(20)은 일점 쇄선으로 나타내었다. 또한, 도 1은, 도 2의 (B)의 a-a선 단면에 상당한다. FIG. 2 is a chip plan view of the semiconductor device of FIG. 1. FIG. 2A is a diagram showing a pattern of the first electrode layer 17 and the first nitride film 21, and FIG. 2B is a diagram showing a pattern of the second electrode layer 18. In FIG. 2, the device region 20 is indicated by a dashed dashed line. In addition, FIG. 1 is corresponded to the a-a cross section in FIG.2 (B).

도 2의 (A)와 같이, 제1 질화막(21)은, 제1 전극층(17) 상에 예를 들면 섬 형상으로 배치된다. 즉, 제1 질화막(21)의 주위에는 제1 전극층(17)이 노출된다. As shown in FIG. 2A, the first nitride film 21 is disposed on the first electrode layer 17 in an island shape, for example. That is, the first electrode layer 17 is exposed around the first nitride film 21.

도 2의 (B)에서 파선은 제2 전극층(18) 하방의 제1 질화막(21)의 패턴, 동그라미 표시는 제2 전극층(18) 표면의 와이어 본드 영역(26)을 나타낸다. In FIG. 2B, the broken line indicates the pattern of the first nitride film 21 below the second electrode layer 18, and the circle mark indicates the wire bond region 26 on the surface of the second electrode layer 18.

예를 들면 도 2의 (A), (B)의 경우에서, 제1 소스 전극(17s) 및 제2 소스 전극(18s)은, 적어도 소자 영역(20) 상을 피복하여 형성되어, 복수의 와이어 본드 영역(26)이 확보된다. 한편 제1 게이트 패드 전극(17g) 및 제2 게이트 패드 전극(18g)은, 1개의 와이어 본드 영역(26)을 확보할 수 있으면 충분하다. For example, in the case of FIGS. 2A and 2B, the first source electrode 17s and the second source electrode 18s are formed to cover at least the element region 20 and form a plurality of wires. The bond area 26 is secured. On the other hand, it is sufficient that the first gate pad electrode 17g and the second gate pad electrode 18g can secure one wire bond region 26.

그리고 본 실시예에서는, 와이어 본드 영역(26)의 하방의 제1 금속층(17) 상에, 적어도 와이어 본드 영역(26)과 중첩하도록, 제1 질화막(21)을 배치한다. 이에 의해, 와이어 본드 시의 불량을 회피할 수 있다. 즉, 알루미늄 합금층에 대하여 Au 와이어를 와이어 본드하는 경우, Au/Al 공정층이 형성되어 체적 팽창이 발생하여, 제1 질화막(21)에 스트레스를 준다. 제1 질화막(21)은 결정의 변형이나, 크랙 등, 다소의 데미지를 받지만, 이에 의해 스트레스가 소자 영역(20)에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 제1 질화막(21)은 소자 영역(20)의 전기적인 절연을 위해 형성되는 것은 아니기 때문에, 결정의 변형이나 크랙 등, 막질이 다소 열화된 경우에도 장치에 영향을 주는 것은 아니다. In the present embodiment, the first nitride film 21 is disposed on the first metal layer 17 below the wire bond region 26 so as to overlap at least the wire bond region 26. Thereby, the defect at the time of wire bonding can be avoided. That is, when Au wire is wire-bonded with respect to an aluminum alloy layer, an Au / Al process layer is formed and volume expansion arises and stresses the 1st nitride film 21. Although the first nitride film 21 is subjected to some damage such as crystal deformation and cracks, it is possible to prevent the stress from being transferred to the element region 20. Since the first nitride film 21 is not formed to electrically insulate the device region 20, the device does not affect the device even when the film quality is slightly degraded, such as crystal deformation or cracks.

이에 의해, 소자 영역(20)의 층간 절연막(16)에 스트레스가 미치지 않게 되어, 층간 절연막(16)의 크랙 C에 의한 쇼트를 방지할 수 있다. 또한, 예를 들면 제1 전극층(17)이 종래와 동등한 막 두께인 경우, 이것에 더하여 제2 전극층(18)을 배치함으로써, 온 저항의 저감을 도모할 수 있다. As a result, the stress is not exerted on the interlayer insulating film 16 of the element region 20, and the short caused by the crack C of the interlayer insulating film 16 can be prevented. For example, when the 1st electrode layer 17 is the film thickness equivalent to the conventional thing, in addition to this, by arrange | positioning the 2nd electrode layer 18, on-resistance can be reduced.

또한, 제2 전극층(18)의 막 두께가 두꺼운 쪽이, 온 저항의 저감에는 유리하며 또한, 제2 전극층(18)의 두께에 의해 와이어 본드의 충격을 완화할 수도 있다. In addition, the thicker the film thickness of the second electrode layer 18 is advantageous for reducing the on resistance, and the impact of the wire bond can be alleviated by the thickness of the second electrode layer 18.

또한, Au/Al 공정층은, 와이어 본드 영역을 중심으로 형성된다. 따라서, 제 1 질화막(21)은, 제2 전극층(18)과 제1 전극층(17) 사이의 적어도 와이어 본드 바로 아래로 되는 영역에 배치되어 있으면, 스트레스를 완화할 수 있다. The Au / Al eutectic layer is formed around the wire bond region. Therefore, if the 1st nitride film 21 is arrange | positioned in the area | region just under the wire bond between the 2nd electrode layer 18 and the 1st electrode layer 17, stress can be alleviated.

다시 도 1을 참조하여, 제1 개구부 OP1 및 제2 개구부 OP2에 대하여 설명한다. Referring back to FIG. 1, the first opening OP1 and the second opening OP2 will be described.

제2 금속층(18)은, 제1 금속층(17)과 거의 마찬가지의 패턴으로 형성되지만, 제2 소스 전극(18s)과 제2 게이트 패드 전극(18g)을 분리하는 제2 개구부 OP2의 개구폭 w2는, 제1 소스 전극(17s)과 제1 게이트 패드 전극(17g)을 분리하는 제1 개구부 OP1의 개구폭 w1과는 크기가 다르다. Although the second metal layer 18 is formed in a pattern almost similar to that of the first metal layer 17, the opening width w2 of the second opening OP2 separating the second source electrode 18s and the second gate pad electrode 18g is provided. Is different in size from the opening width w1 of the first opening OP1 separating the first source electrode 17s and the first gate pad electrode 17g.

구체적으로는, 제1 개구부 OP1의 개구폭 w1은, 제1 전극층(17)의 막 두께와 동등한 3㎛이다. 또한, 제2 개구부 OP2의 개구폭 w2는, 제1 개구부 OP1의 개구폭 w1보다 크고, 예를 들면 30㎛이다. Specifically, the opening width w1 of the first opening OP1 is 3 μm which is equivalent to the film thickness of the first electrode layer 17. The opening width w2 of the second opening OP2 is larger than the opening width w1 of the first opening OP1, for example, 30 μm.

MOSFET의 온 저항 저감을 위해서는, 제1 전극층(17) 및 제2 전극층(18)의 막 두께는 두꺼운 쪽이 좋다. 그러나, 웨트 에칭에 의해 이들을 패터닝하는 경우, 제1 전극층(17)의 막 두께는 패터닝 시(제1 개구부 OP1 형성 시)의 사이드 에칭량에 의해 제한된다. 즉, 깊이(두께) 방향과 동등량의 사이드 에칭이 발생하기 때문에, 제1 전극층(17)의 막 두께를 너무 두껍게 하면, 제1 개구부 OP1의 개구폭 w1이 커지게 된다. 이것은, 제1 소스 전극(17s)(소자 영역(20))과 제1 게이트 패드 전극(17g)의 패턴 배치가 필요 이상으로 넓어지는 것을 의미하며, 칩의 소형화 혹은 셀 수의 증가를 방해하는 문제로 된다. In order to reduce the on resistance of the MOSFET, the thickness of the first electrode layer 17 and the second electrode layer 18 should be thicker. However, when patterning them by wet etching, the film thickness of the first electrode layer 17 is limited by the amount of side etching at the time of patterning (at the time of forming the first opening OP1). That is, since side etching of the amount equivalent to the depth (thickness) direction occurs, when the film thickness of the first electrode layer 17 is made too thick, the opening width w1 of the first opening OP1 becomes large. This means that the pattern arrangement of the first source electrode 17s (element region 20) and the first gate pad electrode 17g becomes wider than necessary, which hinders the miniaturization of a chip or an increase in the number of cells. It becomes

따라서, 제1 전극층(17)은 미세한 제1 개구부 OP1을 형성할 수 있는 한계의 막 두께(3㎛)로 하고, 제1 개구부 OP1의 개구폭 w1은, 제1 전극층(17)의 막 두께나 칩 사이즈(혹은 셀 수)를 고려하여 패터닝이 가능한 한 미세화되어 있다. Accordingly, the first electrode layer 17 has a film thickness (3 μm) of a limit capable of forming a fine first opening OP1, and the opening width w1 of the first opening OP1 is the film thickness of the first electrode layer 17. Patterning is as small as possible in consideration of chip size (or number of cells).

한편, 제2 소스 전극(18s) 및 제2 게이트 패드 전극(18g)은, 상호 절연되어 있으면 되고, 또한 각각 제1 금속층(17)에 의해 소자 영역(20)과의 접속은 확보되어 있다. 즉, 제2 소스 전극(18s), 제2 게이트 패드 전극(18g)은, 각각 제1 소스 전극(17s), 제1 게이트 패드 전극(17g)과 컨택트하며 또한 본딩 와이어의 고착 영역을 확보할 수 있으면 충분하고, 제2 개구부 OP2에 미세한 패턴은 요구되지 않는다. On the other hand, the second source electrode 18s and the second gate pad electrode 18g may be insulated from each other, and the connection with the element region 20 is ensured by the first metal layer 17, respectively. That is, the second source electrode 18s and the second gate pad electrode 18g may contact the first source electrode 17s and the first gate pad electrode 17g, respectively, and may secure a fixing region of the bonding wire. It is enough, and a fine pattern is not required for the second opening OP2.

따라서, 개구폭 w1과 비교하여 개구폭 w2가 충분히 넓어도 문제는 없으며, 구체적으로는 제2 소스 전극(18s) 및 제2 게이트 패드 전극(18g)의 이격 거리로 되는 개구폭 w2는 예를 들면 30㎛ 정도이다. Therefore, there is no problem even if the opening width w2 is sufficiently wide as compared with the opening width w1, and specifically, the opening width w2 which becomes the separation distance between the second source electrode 18s and the second gate pad electrode 18g is, for example. It is about 30 micrometers.

제2 개구부 OP2는, 제1 개구부 OP1과 중첩하여 형성된다. 여기서, 제1 개구부 OP1과 그 주위의 제1 전극층(17)은, 제2 절연막으로 되는 질화막(이하 제2 질화막(22))으로 피복된다. 제2 질화막(22)은, 제2 개구부 OP2를 형성할 때의 제2 전극층(18)의 에칭 스토퍼로 된다. 따라서, 제2 질화막(22)으로 제1 개구부 OP1을 피복함으로써, 제1 개구부 OP1의 미세한 개구폭 w1(제1 소스 전극(17s)과 제1 게이트 패드 전극(17g)의 이격 거리)을 유지한 채로, 넓은 제2 개구부 OP2를 형성할 수 있다. The second opening OP2 is formed to overlap with the first opening OP1. Here, the 1st opening OP1 and the 1st electrode layer 17 surrounding it are covered with the nitride film (henceforth 2nd nitride film 22) used as a 2nd insulating film. The second nitride film 22 serves as an etching stopper of the second electrode layer 18 when the second opening OP2 is formed. Therefore, by covering the first opening OP1 with the second nitride film 22, the minute opening width w1 of the first opening OP1 (the separation distance between the first source electrode 17s and the first gate pad electrode 17g) is maintained. The wide second opening OP2 can be formed.

이와 같이, 본 실시예의 제2 전극층(18)은, 제2 개구부 OP2의 개구폭 w2의 제한을 받지 않아, 원하는 온 저항에 따라 막 두께를 설정할 수 있다. 또한, 제2 금속층(18)의 막 두께의 제어만으로 온 저항을 저감할 수 있기 때문에, 기존의 장치를 이용할 수 있어, 저코스트이며 또한 온 저항의 저감이 용이하다. As described above, the second electrode layer 18 of the present embodiment is not limited by the opening width w2 of the second opening OP2, and the film thickness can be set according to the desired on resistance. In addition, since the on-resistance can be reduced only by controlling the film thickness of the second metal layer 18, an existing apparatus can be used, which results in low cost and easy reduction of the on-resistance.

제2 전극층(17)의 막 두께는, 두꺼운 쪽이 온 저항에 유리한 것은 이미 설명한 대로이며, 또한 두꺼운 쪽이 소자 영역(20)의 동작의 균일성을 높여, 와이어 본드 시의 충격의 완충도 가능하게 된다. The thickness of the second electrode layer 17 is as described above that the thicker side is advantageous to the on-resistance, and the thicker side also increases the uniformity of the operation of the element region 20 and can also cushion the impact during wire bonding. Done.

도 3은, 제1 질화막(21)의 다른 패턴을 도시한, 도 2의 (A)에 상당하는 평면도이다. 또한, 와이어 본드 영역(26)을 파선 동그라미 표시로 나타내었다. FIG. 3 is a plan view corresponding to FIG. 2A showing another pattern of the first nitride film 21. In addition, the wire bond area | region 26 is shown with the dashed circle display.

도 2에서는, 제1 질화막(21)을 각각의 와이어 본드 영역(26)에 대응하여 섬 형상으로 패터닝 한 경우를 나타내었지만, 복수의 와이어 본드 영역(26)에 연속하여 형성해도 된다. 예를 들면, 도 3의 (A)는, 제1 소스 전극(17s)측에서 인접하는 와이어 본드 영역(26)이 연속하도록 제1 질화막(21)을 형성한 경우이다. Although the case where the 1st nitride film 21 was island-patterned corresponding to each wire bond area | region 26 was shown in FIG. 2, you may form continuously in the some wire bond area | region 26. FIG. For example, FIG. 3A illustrates a case where the first nitride film 21 is formed such that the wire bond regions 26 adjacent to each other on the first source electrode 17s side are continuous.

또한, 도 3의 (B)는, 제1 소스 전극(17s)측에서 와이어 본드 영역(26)이 연속하도록 제1 질화막(21)이 패터닝되는 경우이다. 또한, 제1 게이트 패드 전극(17g)이 와이어 본드 영역(26)에 대하여 충분히 큰 경우에는, 제1 게이트 패드 전극(17g) 상의 제1 질화막(21)이 복수로 분할되어 있어도 된다. 3B is a case where the first nitride film 21 is patterned such that the wire bond region 26 is continuous on the first source electrode 17s side. In addition, when the first gate pad electrode 17g is sufficiently large with respect to the wire bond region 26, the first nitride film 21 on the first gate pad electrode 17g may be divided into a plurality of parts.

또한, 도 4와 같이, 제2 금속층(18)의 표면에 다시 보호막(28)을 형성해도 된다. 보호막(28)은 예를 들면 질화막이며, 칩 전체면을 피복하고, 그 두께는 7000Å 정도이다. 본딩 와이어(27)는, 보호막(28)에 형성한 개구부를 통하여, 제2 금속층(18)의 와이어 본드 영역(26)에 고착된다. 4, the protective film 28 may be further formed on the surface of the second metal layer 18. The protective film 28 is, for example, a nitride film and covers the entire chip surface, and the thickness thereof is about 7000 GPa. The bonding wire 27 is fixed to the wire bond region 26 of the second metal layer 18 through an opening formed in the protective film 28.

다음으로 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을, n 채널형 MOSFET를 예로 도 5 내지 도 8에 도시한다. Next, the manufacturing method of the semiconductor device of this invention is shown to FIG. 5 thru | or FIG. 8 as an example of an n-channel MOSFET.

제1 공정(도 5) : 반도체 기판 상에 절연 게이트형 반도체 소자 영역을 형성하는 공정. 1st process (FIG. 5): The process of forming the insulated-gate semiconductor element area | region on a semiconductor substrate.

n+형 실리콘 반도체 기판(1)에 n-형의 반도체층(에피택셜층)(12)을 적층하여 드레인 영역을 형성한다. 채널층의 형성 영역의 단부에는 고농도의 붕소를 주입 확산하여, p+형 영역(3)을 형성한다. 표면에 열 산화막(도시 생략)을 형성한 후, 채널층의 형성 영역의 열 산화막을 에칭한다. 전체면에 예를 들면 도우즈량 1.0×1013-2로 붕소를 주입한 후, 확산하여 p형의 채널층(4)을 형성한다. An n-type semiconductor layer (epitaxial layer) 12 is laminated on the n + type silicon semiconductor substrate 1 to form a drain region. A high concentration of boron is implanted and diffused into the end of the formation region of the channel layer to form the p + type region 3. After the thermal oxide film (not shown) is formed on the surface, the thermal oxide film in the formation region of the channel layer is etched. For example, boron is injected into the entire surface at a dose of 1.0 × 10 13 cm −2 , and then diffused to form a p-type channel layer 4.

전체면에 CVD법에 의해 NSG(non-doped Silicate Glass)의 CVD 산화막(도시 생략)을 생성한다. 그 후, 레지스트막에 의한 마스크를, 트렌치의 개구 부분을 제외하고 건다. CVD 산화막을 드라이 에칭하여 부분적으로 제거하여, 채널층(4)을 노출시킨다. A CVD oxide film (not shown) of NSG (non-doped Silicate Glass) is formed on the entire surface by the CVD method. Then, the mask by a resist film is hanged except the opening part of a trench. The CVD oxide film is dry etched and partially removed to expose the channel layer 4.

그 후, CVD 산화막을 마스크로 하여 트렌치 개구부의 실리콘 반도체 기판을 CF계 및 HBr계 가스에 의해 드라이 에칭하여, 채널층(4)을 관통하여 n-형 반도체층(2)까지 도달하는 트렌치(8)를 형성한다(도 5의 (A)). Then, the trench 8 which dry-etches the silicon semiconductor substrate of the trench opening by CF type | system | group and HBr type gas by using a CVD oxide film as a mask, penetrates the channel layer 4 to the n-type semiconductor layer 2, ) Is formed (FIG. 5A).

더미 산화를 하여 트렌치(8) 내벽과 채널층(4) 표면에 산화막(도시 생략)을 형성하여 드라이 에칭시의 에칭 데미지를 제거하고, 그 후, 이 산화막과 CVD 산화막을 에칭에 의해 제거한다. A dummy oxidation is performed to form an oxide film (not shown) on the inner wall of the trench 8 and the surface of the channel layer 4 to remove etching damage during dry etching, and then the oxide film and the CVD oxide film are removed by etching.

또한, 전체면을 산화하여 트렌치(8) 내벽에 게이트 산화막(11)을 구동 전압 에 따라 예를 들면 두께 약 300Å∼700Å로 형성한다. 전체면에 폴리실리콘층을 퇴적하고, 원하는 패턴의 마스크를 형성하여 드라이 에칭한다. 폴리실리콘층은 불순물을 포함하는 폴리실리콘을 퇴적한 층이어도 되고, 비도핑의 폴리실리콘을 퇴적한 후, 불순물을 도입한 층이어도 된다. Further, the entire surface is oxidized to form a gate oxide film 11 on the inner wall of the trench 8, for example, having a thickness of about 300 kPa to 700 kPa depending on the driving voltage. A polysilicon layer is deposited on the whole surface, and the mask of a desired pattern is formed and dry-etched. The polysilicon layer may be a layer in which polysilicon containing impurities is deposited, or a layer in which impurities are introduced after depositing undoped polysilicon.

이에 의해, 트렌치(8)에 매설한 게이트 전극(13)이 형성된다. 또한 보호 다이오드로 되는 폴리실리콘층(13d) 및 보호 다이오드와 게이트 전극(13)과의 연결부(도시 생략) 등도 패터닝된다(도 5의 (B)). As a result, the gate electrode 13 embedded in the trench 8 is formed. In addition, a polysilicon layer 13d serving as a protection diode and a connection portion (not shown) of the protection diode and the gate electrode 13 are also patterned (FIG. 5B).

그 후, 기판의 전위를 안정화시키기 위하여, 보디 영역의 형성 영역이 노출되는 레지스트막(도시 생략)에 의한 마스크를 형성하고, 선택적으로 붕소를 예를 들면 도우즈량 2.0×1015-2 정도로 이온 주입한다. 새로운 레지스트막(도시 생략)으로 소스 영역의 형성 영역에, 비소를 예를 들면 도우즈량 5. 0 × 1015 cm-2 정도로 이온 주입한다. Thereafter, in order to stabilize the potential of the substrate, a mask is formed by a resist film (not shown) to which the formation region of the body region is exposed, and optionally, boron is ionized, for example, in a dose amount of 2.0 × 10 15 cm −2. Inject. Arsenic is implanted into a region of the source region with a new resist film (not shown), for example, in a dose of about 5.0 × 10 15 cm −2 .

전체면에 NSG 또는 PSG(도시 생략) 및 BPSG(Boron phosphorus Silicate Glass)층 등을 CVD법에 의해 퇴적한 절연막(16')을 형성한다. 이 때의 열 처리에 의해 n+형의 소스 영역(15)과 소스 영역(15)에 인접하는 채널층(4) 표면에 보디 영역(14)을 형성한다. An insulating film 16 'in which an NSG or PSG (not shown) and a BPSG (Boron phosphorus Silicate Glass) layer or the like are deposited on the entire surface by a CVD method is formed. The body region 14 is formed on the surface of the channel layer 4 adjacent to the n + type source region 15 and the source region 15 by heat processing at this time.

레지스트막에 의해, 적어도 MOSFET의 게이트 전극(13) 상을 마스크하고, 절연막(16')에 컨택트홀 CH를 형성함과 함께, 층간 절연막(16)을 형성한다. The resist film masks at least the gate electrode 13 of the MOSFET, forms the contact hole CH in the insulating film 16 ', and forms the interlayer insulating film 16.

이에 의해 MOSFET(25)가 배치된 소자 영역(20)이 형성된다(도 5의 (C)). As a result, the element region 20 in which the MOSFET 25 is arranged is formed (FIG. 5C).

또한, 소스 영역(15)과 보디 영역(14)의 불순물의 주입순을 교체해도 된다. In addition, the order of implantation of impurities in the source region 15 and the body region 14 may be reversed.

제2 공정(도 6) : 적어도 소자 영역 상을 피복하고, 소자 영역과 접속하는 제1 전극층을 형성하는 공정. 2nd process (FIG. 6): The process of forming the 1st electrode layer which coat | covers at least an element region and connects with an element region.

예를 들면, 알루미늄 합금을 전면에 스퍼터하고, 전체면에 제1 전극층(17)을 형성한다. 그 후, 원하는 패턴의 마스크를 이용하여 개구폭 w1의 제1 개구부 OP1을 형성하여, 제1 전극층(17)을 복수의 영역으로 분리한다. 이에 의해, MOSFET(25)의 소스 영역(15) 및 보디 영역(14)에 컨택트하는 제1 소스 전극(17s)과, 제1 게이트 패드 전극(17g)이 형성된다. 제1 금속층(17)의 막 두께 d1은 3㎛ 정도이다. 또한, 제1 소스 전극(17s) 및 제1 게이트 패드 전극(17g)의 이격 거리로 되는 개구폭 w1도 3㎛ 정도이며, 온 저항을 저감하기 위한 제1 전극층(17)의 막 두께나, 칩 사이즈(셀 수), 및 프로세스상의 한계 등을 감안하여 가능한 한 미세화되어 있다. For example, an aluminum alloy is sputtered on the whole surface, and the 1st electrode layer 17 is formed in the whole surface. Thereafter, a first opening OP1 having an opening width w1 is formed by using a mask having a desired pattern to separate the first electrode layer 17 into a plurality of regions. As a result, the first source electrode 17s and the first gate pad electrode 17g which contact the source region 15 and the body region 14 of the MOSFET 25 are formed. The film thickness d1 of the first metal layer 17 is about 3 μm. Further, the opening width w1, which is the distance between the first source electrode 17s and the first gate pad electrode 17g, is also about 3 µm, and the film thickness of the first electrode layer 17 for reducing the on-resistance and the chip It is made as small as possible in view of the size (number of cells), process limitations, and the like.

또한, 도시는 생략하지만, 제1 전극층(17)에는, 배리어 메탈층 등이 포함되는 경우도 있다. 배리어 메탈층은, 알루미늄 합금의 스퍼터 전에 형성되는 티탄 계의 금속층(예를 들면, Ti, TiN, TiON, TiW 등)이며, 컨택트홀에서의 Si 노듈의 성장 억제나, 알루미늄 합금층과 반도체 기판 표면과의 상호 확산 등을 방지한다. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the barrier metal layer etc. may be contained in the 1st electrode layer 17 in some cases. The barrier metal layer is a titanium-based metal layer (for example, Ti, TiN, TiON, TiW, etc.) formed before the sputter of the aluminum alloy, and suppresses the growth of Si nodules in the contact hole and the surface of the aluminum alloy layer and the semiconductor substrate. To prevent mutual diffusion.

제3 공정(도 7) : 제1 전극층의 일부를 피복하는 절연막을 형성하는 공정. 3rd process (FIG. 7): The process of forming the insulating film which covers a part of 1st electrode layer.

전체면에 예를 들면 막 두께가 7000Å 정도인 제1 질화막(21)을 퇴적하고, 원하는 형상으로 패터닝한다. 제1 질화막(21)은, 적어도 와이어 본드 영역의 하방에서, 와이어 본드 영역보다 크게 형성되어, 제1 전극층(17)의 일부를 피복한다(도 2, 도 3 참조). For example, the first nitride film 21 having a film thickness of about 7000 GPa is deposited on the entire surface and patterned into a desired shape. The first nitride film 21 is formed larger than the wire bond region at least below the wire bond region and covers a part of the first electrode layer 17 (see FIGS. 2 and 3).

동시에, 제1 개구부 OP1과 그 주위의 제1 전극층(17)을 피복하는 제2 질화막(22)을 형성한다. 제2 질화막(22)을 형성함으로써, 제1 개구부 OP1의 개구폭 w1을 미세 패턴으로 유지한 채로, 후의 공정에서 형성되는 제2 전극층(18)의 제2 개구부 OP2를 원하는 개구폭으로 형성할 수 있다. At the same time, the second nitride film 22 covering the first opening OP1 and the first electrode layer 17 around it is formed. By forming the second nitride film 22, the second opening OP2 of the second electrode layer 18 formed in a later step can be formed in a desired opening width while maintaining the opening width w1 of the first opening OP1 in a fine pattern. have.

또한, 제1 질화막(21), 제2 질화막(22)은, 칩 표면의 보호를 위해 일반적으로 채용되는 보호막과 동일 재료이며, 또한 막 두께도 보호막과 동일한 정도이면 된다. 즉, 보호막을 형성하기 위한 기존의 장치 및 제조 공정을 이용하고, 제1 질화막(21) 및 제2 질화막(22)의 패터닝의 마스크 변경만으로 대응할 수 있다. In addition, the 1st nitride film 21 and the 2nd nitride film 22 are the same material as the protective film generally employ | adopted for protection of a chip | tip surface, and the film thickness should just be about the same as a protective film. That is, by using the existing apparatus and manufacturing process for forming a protective film, it can respond only by changing the mask of the patterning of the 1st nitride film 21 and the 2nd nitride film 22. FIG.

제4 공정(도 8) : 제1 전극층 및 절연막 상을 피복하고, 절연막으로부터 노출되는 제1 전극층과 컨택트하는 제2 전극층을 형성하는 공정. 4th process (FIG. 8): The process of covering the 1st electrode layer and the insulating film, and forming the 2nd electrode layer which contacts the 1st electrode layer exposed from the insulating film.

다시 전체면에, 알루미늄 합금을 스퍼터하고, 제1 질화막(21)으로부터 노출되는 제1 전극층(17)과 컨택트하는 제2 전극층(18)을 형성한다. 그 후, 제2 전극층(18)에 원하는 패턴의 마스크를 형성하여 에칭하여 개구폭 w2의 제2 개구부 OP2를 형성하여, 제2 전극층(18)을 복수의 영역으로 분리한다. 이에 의해, 제1 소스 전극(17s)과 컨택트하는 제2 소스 전극(18s) 및, 제1 게이트 패드 전극(17g)과 컨택트하는 제2 게이트 패드 전극(18g)이 형성된다. On the whole surface, the aluminum alloy is sputtered and the 2nd electrode layer 18 which contacts the 1st electrode layer 17 exposed from the 1st nitride film 21 is formed. Thereafter, a mask having a desired pattern is formed in the second electrode layer 18 to be etched to form a second opening OP2 having an opening width w2, thereby separating the second electrode layer 18 into a plurality of regions. As a result, the second source electrode 18s in contact with the first source electrode 17s and the second gate pad electrode 18g in contact with the first gate pad electrode 17g are formed.

여기서, 제2 전극층(18)의 막 두께 d2는, 예를 들면 3㎛ 정도이다. 그리고, 제2 소스 전극(18s) 및 제2 게이트 패드 전극(18g)의 이격 거리로 되는 개구폭 w2는, 제1 개구부 OP1의 개구폭 w1과는 다른 크기이다. 구체적으로는 개구폭 w2는 개구폭 w1보다 충분히 크며 30㎛ 정도이다. Here, the film thickness d2 of the 2nd electrode layer 18 is about 3 micrometers, for example. The opening width w2, which is the separation distance between the second source electrode 18s and the second gate pad electrode 18g, is different from the opening width w1 of the first opening OP1. Specifically, the opening width w2 is sufficiently larger than the opening width w1 and is about 30 μm.

제1 전극층(17)과 제2 전극층(18)은 동일한 알루미늄 합금층이다. 본 실시예에서는 제2 전극층(18)의 에칭 스토퍼로 되는 제2 질화막(22)이 배치되어 있기 때문에, 제1 개구부 OP1의 미세인 개구폭 w1을 유지한 채로, 넓은 개구폭 w2를 갖는 제2 개구부 OP2를 형성할 수 있다. 또한, 개구폭 w2의 미세화를 고려할 필요가 없기 때문에, 제2 전극층(18)의 두께를 온 저항에 따라 원하는 두께로 할 수 있다. 또한, 제2 전극층(18)의 막 두께 d2는, 일례이며 온 저항 등 특성에 따라 적절하게 선택한다. The first electrode layer 17 and the second electrode layer 18 are the same aluminum alloy layer. In the present embodiment, since the second nitride film 22 serving as the etching stopper of the second electrode layer 18 is arranged, the second having the wide opening width w2 while maintaining the fine opening width w1 of the first opening OP1. The opening OP2 can be formed. In addition, since it is not necessary to consider the miniaturization of the opening width w2, the thickness of the second electrode layer 18 can be made the desired thickness according to the on resistance. In addition, the film thickness d2 of the 2nd electrode layer 18 is an example, and is selected suitably according to characteristics, such as an on resistance.

그 후, 제2 전극층(18)의 소정의 와이어 본드 영역(26)에, 본딩 와이어(Au 세선)를 고착하여, 도 1에 도시하는 최종 구조를 얻는다. 와이어 본드 영역(26)의 하방에는 제1 질화막(21)이 배치되어 있다. After that, the bonding wire (Au thin wire) is fixed to the predetermined wire bond region 26 of the second electrode layer 18 to obtain the final structure shown in FIG. 1. The first nitride film 21 is disposed below the wire bond region 26.

Au와 Al은 시간 경과에 수반하여 상호 확산되어, Au/Al 공정층에 의한 체적 팽창이 발생하는 경우가 있다. 그러나 본 실시예에서는 체적 팽창에 의한 스트레스를 제1 질화막(21)에 의해 완화할 수 있다. 따라서, 체적 팽창의 스트레스가 층간 절연막(16)에 가해지지 않아, 크랙 C를 방지할 수 있다. Au and Al diffuse together with time, and volume expansion by an Au / Al process layer may occur in some cases. However, in this embodiment, the stress due to volume expansion can be alleviated by the first nitride film 21. Therefore, the stress of volume expansion is not applied to the interlayer insulating film 16, so that crack C can be prevented.

또한, 제2 전극층(18) 상에 보호막(28)을 형성하여도 된다. 그 경우에는, 제2 전극층(18) 전체면에 질화막 등을 퇴적하여 보호막(28)으로 한다. 그리고 보호막(28)의 와이어 본드 영역(26)을 개구하고, 본딩 와이어(27)를 고착한다. In addition, the protective film 28 may be formed on the second electrode layer 18. In this case, a nitride film or the like is deposited on the entire surface of the second electrode layer 18 to form a protective film 28. And the wire bond area | region 26 of the protective film 28 is opened, and the bonding wire 27 is fixed.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 소자 영역에 n 채널형 MOSFET가 배치되는 경우를 예로 설명하였지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면 소자 영역에 는, 도전형을 반대로 한 MOS 트랜지스터, n+형 반도체 기판의 하방에 p형 반도체 기판을 형성한 IGBT 등의 절연 게이트형 반도체 소자를 배치하여도 된다. As described above, in the embodiment of the present invention, the case where the n-channel MOSFET is disposed in the element region has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, in the device region, an insulated gate type semiconductor element such as an MOS transistor in which the conductivity type is reversed and an IGBT in which a p type semiconductor substrate is formed below the n + type semiconductor substrate may be disposed.

본 발명에 따르면, 첫째, 본딩 와이어 고착 영역의 제1 전극층과 제2 전극 층 사이에 배치한 절연막에 의해, Au/Al 공정층의 형성에 의한 층간 절연막의 크랙을 방지할 수 있다. 즉, Au/Al 공정층의 형성에 의한 체적 팽창이 발생한 경우라도, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 배치한 절연막이 체적 팽창에 의한 스트레스를 받아낸다. 따라서, 층간 절연막에의 프레셔를 회피하여, 층간 절연막의 크랙을 방지할 수 있다. According to the present invention, first, the crack of the interlayer insulating film due to the formation of the Au / Al process layer can be prevented by the insulating film disposed between the first electrode layer and the second electrode layer in the bonding wire fixing region. In other words, even when volume expansion occurs due to the formation of the Au / Al process layer, the insulating film disposed between the first electrode layer and the second electrode layer receives the stress due to the volume expansion. Therefore, the pressure to the interlayer insulating film can be avoided and the crack of the interlayer insulating film can be prevented.

둘째, 금속 전극층의 총 막 두께를 두껍게 형성할 수 있어, 반도체 장치의 저온 저항화를 실현할 수 있다. 금속 전극층은, 제1 전극층과 제2 전극층으로 이루어지며, 제1 전극층은 패터닝 시(제1 개구부 형성 시)의 사이드 에칭량을 고려한 막 두께로 형성한다. 그리고, 제1 전극층 상에 제2 전극층을 원하는 막 두께로 형성한다. 제1 개구부의 개구폭은 소자 영역 상의 소스 전극과 게이트 패드 전극과의 이격 거리이며, 패터닝이 가능한 한 근접해 있다. 즉 제1 전극층은 미세한 제1 개구부를 형성할 수 있는 한계의 막 두께로 한다. 제2 전극층은 제1 전극층과 컨택트하고 있으면 충분하며, 제2 전극층의 패턴으로서 미세화는 요구되지 않는다. 따라서, 레지스트막의 해상도도 그만큼 요구되지 않기 때문에, 온 저항값에 따라 원하는 막 두께로 형성할 수 있다. Second, the total film thickness of the metal electrode layer can be formed thick, so that the low temperature resistance of the semiconductor device can be realized. The metal electrode layer consists of a 1st electrode layer and a 2nd electrode layer, and a 1st electrode layer is formed in the film thickness which considered the side etching amount at the time of patterning (at the time of forming a 1st opening). Then, a second electrode layer is formed on the first electrode layer to a desired film thickness. The opening width of the first opening is a separation distance between the source electrode and the gate pad electrode on the element region, and is as close as possible to patterning. That is, the first electrode layer has a film thickness of a limit capable of forming a fine first opening. It is sufficient that the second electrode layer is in contact with the first electrode layer, and miniaturization is not required as a pattern of the second electrode layer. Therefore, since the resolution of the resist film is not required as much, it can be formed at a desired film thickness in accordance with the on resistance value.

셋째, 소자 영역 상의 토탈 전극층의 막 두께를 두껍게 할 수 있기 때문에, 소자 영역에의 와이어 본드의 충격을 완화할 수 있다. Third, since the total thickness of the total electrode layer on the element region can be increased, the impact of the wire bonds on the element region can be alleviated.

Claims (16)

반도체 기판 상에 형성된 절연 게이트형 반도체 소자 영역과, An insulated gate semiconductor device region formed on the semiconductor substrate, 적어도 상기 소자 영역 상을 피복하고, 그 소자 영역과 접속하는 제1 전극층과, A first electrode layer covering at least the element region and connected to the element region; 상기 제1 전극층의 일부를 피복하는 절연막과, An insulating film covering a portion of the first electrode layer; 상기 제1 전극층 및 상기 절연막상을 피복하고, 그 절연막으로부터 노출되는 상기 제1 전극층과 컨택트하는 제2 전극층과,A second electrode layer covering the first electrode layer and the insulating film and contacting the first electrode layer exposed from the insulating film; 상기 제2 전극층에 고착하는 본딩 와이어Bonding wires adhered to the second electrode layer 를 구비하며,Equipped with 상기 절연막은 적어도 상기 본딩 와이어의 고착 영역의 하방 전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. And the insulating film is formed on at least the entire lower side of the fixing region of the bonding wire. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 전극층은 알루미늄을 주재료로 하는 금속층인 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. And the first and second electrode layers are metal layers mainly composed of aluminum. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 본딩 와이어는, 금을 주재료로 하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. The bonding wire is an insulated gate semiconductor device, characterized in that gold is the main material. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 절연막은 섬 형상으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. The insulating gate type semiconductor device, characterized in that a plurality of insulating films are formed in an island shape. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 절연막은 질화막인 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. The insulating film is an insulating gate type semiconductor device, characterized in that the nitride film. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 절연막은 0.5㎛∼3㎛의 막 두께인 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. The insulating film is an insulating gate type semiconductor device, characterized in that the film thickness of 0.5㎛ 3㎛. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2 전극층 상에 보호막을 형성하고, 상기 본딩 와이어는 상기 보호막에 형성한 개구부를 통하여 상기 제2 전극층에 고착하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. An insulating gate type semiconductor device, wherein a protective film is formed on the second electrode layer, and the bonding wire is fixed to the second electrode layer through an opening formed in the protective film. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 전극층은 제1 개구부를 갖고, 상기 제2 전극층은 제2 개구부를 갖고, 상기 제1 개구부의 개구폭과 상기 제2 개구부의 개구폭은 서로 다른 크기인 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. The first electrode layer has a first opening, the second electrode layer has a second opening, and the opening width of the first opening and the opening width of the second opening have different sizes. Device. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 제1 개구부 및 그 제1 개구부 주위의 상기 제1 전극층 상을 피복하는 다른 절연막이 형성되는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치. And an insulating film covering said first opening and said first electrode layer around said first opening. 반도체 기판 상에 절연 게이트형 반도체 소자 영역을 형성하는 공정과, Forming an insulated gate semiconductor device region on the semiconductor substrate; 적어도 상기 소자 영역 상을 피복하고, 그 소자 영역과 접속하는 제1 전극층을 형성하는 공정과, Covering at least the element region and forming a first electrode layer connected to the element region; 상기 제1 전극층의 일부를 피복하는 절연막을 형성하는 공정과, Forming an insulating film covering a portion of the first electrode layer; 상기 제1 전극층 및 상기 절연막 상을 피복하고, 그 절연막으로부터 노출되는 상기 제1 전극층과 컨택트하는 제2 전극층을 형성하는 공정Forming a second electrode layer covering the first electrode layer and the insulating film and contacting the first electrode layer exposed from the insulating film; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치의 제조 방법. A method of manufacturing an insulated gate semiconductor device, comprising: 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 절연막의 상방의 상기 제2 전극층에 본딩 와이어를 고착하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치의 제조 방법. A bonding wire is fixed to the second electrode layer above the insulating film. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 제1 전극층을 제1 개구부에 의해 복수의 영역으로 분리하는 공정과, 상기 제1 개구부와 개구폭이 다른 제2 개구부에 의해 상기 제2 전극층을 복수의 영역으로 분리하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치의 제조 방법. And separating the first electrode layer into a plurality of regions by a first opening, and separating the second electrode layer into a plurality of regions by a second opening having a different opening width from the first opening. The manufacturing method of the insulated-gate semiconductor device. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 제1 개구부 및 그 제1 개구부 주위의 상기 제1 전극층을 피복하는 다른 절연막을 형성하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치의 제조 방법. And forming another insulating film covering the first opening and the first electrode layer around the first opening. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 절연막과 상기 다른 절연막을 동일 공정에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 절연 게이트형 반도체 장치의 제조 방법. A method for manufacturing an insulated gate semiconductor device, wherein the insulating film and the other insulating film are formed by the same process. 삭제delete 삭제delete
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