KR100778986B1 - Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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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
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
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
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
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
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
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 (
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
이에 의해 MOSFET(25)가 배치된 소자 영역(20)이 형성된다(도 5의 (C)). As a result, the
또한, 소스 영역(15)과 보디 영역(14)의 불순물의 주입순을 교체해도 된다. In addition, the order of implantation of impurities in the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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