KR20010028167A - Method of fabricating trench gate power MOSFET using sidewall spacer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬이온 이차전지 보호회로, DC-DC 변환기, 모터 등에 사용되는 저전압 대전류 전력소자에 관한 것으로, 특히 측벽막을 이용하여 제조공정이 간단하고, 낮은 온(ON) 저항 특성을 갖는 고집적 트렌치 게이트 전력소자 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low voltage high current power device used in a lithium ion secondary battery protection circuit, a DC-DC converter, a motor, and the like. In particular, the manufacturing process is simplified by using a sidewall film, and a highly integrated trench gate having low ON resistance characteristics. It relates to a power device manufacturing method.
일반적으로 MOS (Metal Oxide Semiconductor) 기술을 이용한 전력소자는 소오스-게이트-드레인이 수직으로 배치된 수직 채널 구조를 갖는 VDMOS (Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)와 소오스-게이트-드레인이 수평으로 배치된 수평 채널 구조를 갖는 LDMOS (Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)로 구분된다. VDMOS는 LDMOS 보다 전류를 많이 흘릴 수 있어 대전류 전력소자에 많이 활용된다. VDMOS는 플레이너 (Planar) 게이트형과 트렌치 (Trench) 게이트형으로 나눌 수 있다. 트렌치 게이트 형 전력소자는 플레이너 게이트 형 전력소자 보다 단위 면적 당 많은 소자를 집적함으로써 전력소자의 주요 변수인 온저항 값을 낮출 수 있으며 낮은 구동전압으로 대전류를 흘릴 수 있는 장점이 있다. 때문에 현재는 플레이너 게이트형에서 트렌치 게이트 형 전력소자로 전환되고 있다.In general, a power device using MOS (Metal Oxide Semiconductor) technology has a vertical double-diffused metal oxide semiconductor (VDMOS) having a vertical channel structure in which source-gate-drains are disposed vertically and a horizontally arranged source-gate-drain. LDMOS (Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor) having a channel structure is classified. VDMOS can flow more current than LDMOS, so it is used in large current power devices. VDMOS can be divided into planar gate type and trench gate type. Trench gate type power devices can lower the on-resistance value, which is a major variable of power devices, by integrating more devices per unit area than planar gate type power devices, and have the advantage of allowing a large current to flow at a low driving voltage. For this reason, it is currently switching from planar gate type to trench gate type power devices.
일반적인 종래의 트렌치 게이트 전력소자 제조방법을 살펴보면 도 1에 나타낸 바와 같다.Looking at the conventional conventional trench gate power device manufacturing method as shown in FIG.
즉, 도 1a와 같이 먼저 N- 에피층 (21)/ N+ 실리콘 기판 (20)을 사용하여 산화막 (22)을 성장한 다음, P-웰 마스크를 사용하여 P-웰이 형성될 영역을 정의한 다.That is, as shown in FIG. 1A, the oxide film 22 is first grown using the N− epilayer 21 / N + silicon substrate 20, and then a region in which the P-well is to be formed is defined using a P-well mask.
P-웰이 형성될 영역의 산화막 (22)을 식각한 다음, 두께 400Å 산화막 (23)을 성장하고, 불순물을 이온 주입한 후, 열처리하여 P-웰 (24)을 형성한다.After the oxide film 22 in the region where the P-well is to be formed is etched, a 400 Å thick oxide film 23 is grown, implanted with impurities, and then heat treated to form the P-well 24.
이어서, 도 1b와 같이 소오스 마스크를 사용하여 불순물을 이온 주입하여 N+ 소오스 영역 (25)을 형성한 다음 산화막 (26)을 증착한다. 트렌치 게이트 마스크를 사용하여 트렌치 게이트가 형성될 부분을 정의한 후 산화막 (26)을 식각한다. 식각된 산화막을 이용하여 P-웰 깊이 보다 깊게 트렌치를 형성한 다음 게이트 산화막 (27)을 성장한다. 게이트 산화막 (27) 위에 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 박막을 증착하고 게이트 전극 마스크를 사용하여 다결정 실리콘 박막을 이방성으로 식각하여 트렌치 게이트 전극 (28)을 형성한 다음, 다결정 실리콘 박막 식각 때 발생한 결함을 제거하기 위하여 얇은 보호 산화막을 성장한다.Subsequently, impurities are ion-implanted using a source mask to form an N + source region 25 as shown in FIG. 1B, and then an oxide layer 26 is deposited. The oxide film 26 is etched after defining the portion where the trench gate is to be formed using the trench gate mask. Using the etched oxide film, a trench is formed deeper than the P-well depth, and then the gate oxide 27 is grown. Depositing a doped polycrystalline silicon thin film on the gate oxide film 27 and etching the polycrystalline silicon thin film anisotropically using a gate electrode mask to form the trench gate electrode 28, and then removing defects generated during the etching of the polycrystalline silicon thin film In order to grow a thin protective oxide film.
그 다음 도 1c와 같이 필드 산화막 (29)을 증착한 후 접합 마스크를 사용하여 게이트 및 소오스 전극 접합 부분을 정의한 다음, 필드 산화막 (29)을 식각하여 소오스 전극 접합 부분을 연다. 금속 박막을 증착한 후 전극 마스크를 사용하여 게이트 전극, 소오스 전극 (30)을 형성한 후 기판 뒷면에 드레인 전극 (31)을 형성한다.After depositing the field oxide layer 29 as shown in FIG. 1C, the gate and source electrode junction portions are defined using a junction mask, and the field oxide layer 29 is etched to open the source electrode junction portion. After depositing the metal thin film, a gate electrode and a source electrode 30 are formed using an electrode mask, and then a drain electrode 31 is formed on the back of the substrate.
상술한 바와 같이 종래의 트렌치 게이트 전력소자 제조방법에 따라 트렌치 게이트 전력소자를 제조하는데는 총 6장(P-웰 마스크, 소오스 마스크, 트렌치 게이트 마스크, 게이트 전극 마스크, 접합 마스크, 전극 마스크)의 마스크가 필요하다. 만약, 소오스 영역에 P+ 불순물을 이온 주입할 경우 1장의 마스크가 추가로 필요하다.As described above, a total of six masks (P-well masks, source masks, trench gate masks, gate electrode masks, junction masks, and electrode masks) may be used to manufacture the trench gate power devices according to the conventional trench gate power device manufacturing method. Is needed. If a P + impurity is ion implanted into the source region, one additional mask is required.
그런데, 사용되는 마스크의 수가 많으면 그 만큼 제조공정이 복잡하여 생산성이 낮은 문제점이 있다.By the way, when the number of masks used is large, the manufacturing process is complicated and the productivity is low.
또한 많은 수의 마스크를 사용은 소자의 정렬 오차를 증가시키고, 이로 인하여 고집적화가 어렵고 소자의 수율이 떨어지는 문제점이 있다.In addition, the use of a large number of masks increases the alignment error of the device, and thus there is a problem that high integration is difficult and the yield of the device is lowered.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전력소자의 제조공정의 단순화하고 적은 수의 마스크를 사용하여 소자의 정렬 오차를 줄여줌으로써, 집적도를 향상시켜 전력소자의 주요 변수인 온저항을 낮추는 트렌치 게이트 전력소자 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Summary of the Invention An object of the present invention for solving the above-mentioned problems is to simplify the manufacturing process of the power device and to reduce the alignment error of the device by using a small number of masks, thereby improving the degree of integration, thereby improving on-resistance, which is a key variable of the power device It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a trench trench power device that is lowered.
도 1은 종래의 방법에 의한 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 단계별 제조 공정 단면도1 is a step-by-step manufacturing process cross-sectional view of an N-channel trench gate power device by a conventional method
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 평면도2 is a plan view of an N-channel trench gate power device according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 단계별 제조공정의 단면도3 is a cross-sectional view of a step-by-step manufacturing process of the N-channel trench gate power device according to an embodiment of the present invention
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 일부 제조공정의 단면도4 is a cross-sectional view of a part of a manufacturing process of an N-channel trench gate power device according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 일부 제조공정을 종료한 상태에서의 단면도FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of a manufacturing process of an N-channel trench gate power device according to still another embodiment of the present invention; FIG.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 단면도6 is a cross-sectional view of an N-channel trench gate power device according to another embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 P-채널 트렌치 게이트 전력소자의 단면도7 and 8 are cross-sectional views of a P-channel trench gate power device according to another embodiment of the present invention.
* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawing
1 : N+ 실리콘 기판 2 : N- 에피층1: N + silicon substrate 2: N- epi layer
3 : 산화막 4 : 산화막3: oxide film 4: oxide film
5 : P-웰 영역 6 : 실리콘 질화막5: P-well region 6: silicon nitride film
7 : 산화막 8 : 트렌치 영역7: oxide film 8: trench region
9 : 게이트 산화막 10 : 트렌치 게이트 전극9 gate oxide film 10 trench gate electrode
11 : N+ 소오스 영역 12 : 필드 산화막11: N + source region 12: field oxide film
13 : 소오스 전극 14 : 드레인 전극13 source electrode 14 drain electrode
1a : P+ 실리콘 기판 2a : P- 에피층1a: P + silicon substrate 2a: P- epi layer
2b : 얇은 N- 에피층 2c : 얇은 P- 에피층2b: thin N- epi layer 2c: thin P- epi layer
3a : 경사진 산화막 5a : N-웰 영역3a: inclined oxide film 5a: N-well region
6a : 실리콘 질화막 11a : P+ 소오스 영역6a: silicon nitride film 11a: P + source region
20 : N+ 실리콘 기판 21 : N- 에피층20: N + silicon substrate 21: N- epi layer
22 : 산화막 23 : 산화막22: oxide film 23: oxide film
24 : P-웰 영역 25 : N+ 소오스 영역24: P-well region 25: N + source region
26 : 산화막 27 : 게이트 산화막26 oxide film 27 gate oxide film
28 : 트렌치 게이트 전극 29 : 필드 산화막28 trench gate electrode 29 field oxide film
30 : 소오스 전극 31 : 드레인 전극30 source electrode 31 drain electrode
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 트렌치 게이트 전력소자 제조방법은 N+ (또는 P+) 실리콘 기판 위에 N- 에피층 (또는 P- 에피층)을 성장시켜 P-웰 (또는 N-웰)을 형성하는 공정과, 트렌치 구조를 형성하는 공정과, 트렌치 게이트를 형성하는 공정과, N+ (또는 P+) 소오스 영역을 형성하는 공정과, 게이트, 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하는 트렌치 게이트 전력소자 제조방법에 있어서, P-웰 (또는 N-웰) 마스크와 소오스 마스크를 사용하지 않고 트렌치 게이트 마스크를 사용하여 먼저 P-웰 (또는 N-웰 영역)을 형성한 후, 트렌치 구조와 트렌치 게이트를 순차 형성하고, 소오스 영역을 형성함으로써 사용되는 마스크의 수를 줄여 제조공정을 단순화 한 것에 그 특징이 있다.In the method of manufacturing a trench gate power device of the present invention for achieving the above object, a P-well (or N-well) is formed by growing an N- epi layer (or P- epi layer) on an N + (or P +) silicon substrate. A trench gate power device comprising a process of forming a trench structure, a process of forming a trench gate, a process of forming an N + (or P +) source region, and a process of forming a gate, source, and drain electrode. In the manufacturing method, a P-well (or N-well region) is first formed using a trench gate mask without using a P-well (or N-well) mask and a source mask, and then a trench structure and a trench gate are formed. It is characteristic that the manufacturing process is simplified by reducing the number of masks used by sequentially forming and forming source regions.
본 발명의 다른 특징은 트렌치 게이트를 중심으로 마스크 사용 없이 P-웰 영역(또는 N-웰 영역)과 N+ 소오스 영역(또는 P+ 영역)을 형성함으로써 측면 접합 깊이가 자동으로 정렬되어 정렬 오차를 줄여 고집적화 함으로써 전력소자의 주요 변수인 온 저항을 낮추는데 있다.Another feature of the present invention is to form a P-well region (or N-well region) and an N + source region (or P + region) around the trench gate without using a mask, so that the lateral junction depth is automatically aligned, reducing alignment errors and high integration. This is to lower the on resistance, which is the main variable of the power device.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[실시예 1]Example 1
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 평면도이고, 도 3은 도 2의 점선 A에서 B로 자른 트렌치 게이트 전력소자의 제조 공정을 보인 단면도이다.FIG. 2 is a plan view of an N-channel trench gate power device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing the trench gate power device taken from the dotted line A of FIG. 2.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 N-채널 트렌치 게이트 전력소자 제조방법은 크게 N+ 실리콘 기판 위에 N- 에피층을 성장시키고 P-웰을 형성하는 제1공정과, 마스크로 이용될 측벽막 형성에 필요한 막을 형성하는 제2공정과, 제2공정에서 형성된 막을 식각하여 측벽막을 형성하고, 이를 마스크로 이용하여 트렌치 구조를 형성하는 제3공정과, 트렌치 게이트를 형성하는 제4공정과, 측벽막을 제거한 다음 소오스 영역을 형성하는 제5공정과, 게이트, 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 제6공정으로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the method of manufacturing the N-channel trench gate power device of the present embodiment is largely used to grow a N- epitaxial layer and form a P-well on an N + silicon substrate, and to form a sidewall film to be used as a mask. A second step of forming a necessary film, a third step of forming a trench structure by etching the film formed in the second step, using the mask as a mask, a fourth step of forming a trench gate, and removing the sidewall film Next, a fifth step of forming a source region and a sixth step of forming a gate, a source, and a drain electrode are performed.
본 실시예의 특징은 소오스 영역을 형성하기 전에 먼저 트렌치 게이트를 형성하며, 트렌치 게이트를 형성하기 위하여 트렌치 구조를 형성할 때 실리콘 질화막과 산화막으로 이루어진 측벽막을 사용하는 것이다.A feature of the present embodiment is to form a trench gate before forming the source region, and to use a sidewall film made of a silicon nitride film and an oxide film when forming the trench structure to form the trench gate.
각 공정을 보다 상세하게 설명한다.Each process is demonstrated in more detail.
제1공정에서는 도 3a와 같이 N+ 실리콘 기판 (1) 위에 N- 에피층 (2)을 성장시키고 P-웰 (5)을 형성한다.In the first step, as shown in FIG. 3A, the N− epilayer 2 is grown on the N + silicon substrate 1 and the P-well 5 is formed.
이를 위해, 먼저 비저항 값이 0.004 Ωcm 미만인 N+ 실리콘 기판 (1) 위에 비저항 값이 0.5 ~ 1 Ωcm , 두께가 4 ~ 8 ㎛ 인 N- 에피층 (2)을 성장시킨다.To this end, first, an N- epitaxial layer 2 having a resistivity value of 0.5 to 1 µm and a thickness of 4 to 8 µm is grown on the N + silicon substrate 1 having a resistivity value of less than 0.004 µm.
그 다음 900 ~ 1100 ℃의 열전기로에서 두께 4000 ~ 5000 Å의 산화막 (3)을 성장시키고 그 위에 감광막을 도포한다. 트렌치 게이트 마스크를 사용하여 트렌치 게이트가 형성될 부분을 정의한 다음, 플라즈마 이온 식각 방법으로 산화막 (3)을 이방성으로 식각하고 감광막을 제거한다.Then, an oxide film 3 having a thickness of 4000 to 5000 kPa is grown in a thermoelectric furnace at 900 to 1100 ° C, and a photosensitive film is applied thereon. After the trench gate mask is used to define the portion where the trench gate is to be formed, the oxide film 3 is anisotropically etched by the plasma ion etching method and the photoresist film is removed.
트렌치 게이트가 형성될 부분에 두께 400 Å의 산화막 (4)을 성장시킨다. 그 후 BF2로 160 KeV, 1 ~ 3E13 /cm2조건으로 이온 주입한 후, 1000 ~ 1150 ℃ 에서 열처리하여 N- 에피층 (2) 내에 깊이 1 ~ 2 ㎛ 의 P-웰 (5)을 형성한다.An oxide film 4 having a thickness of 400 kPa is grown on the portion where the trench gate is to be formed. Thereafter, ion implantation was performed with BF 2 at 160 KeV and 1 to 3E13 / cm 2 , followed by heat treatment at 1000 to 1150 ° C. to form a P-well 5 having a depth of 1 to 2 μm in the N-epitaxial layer 2. do.
제2공정에서는 도 3b와 같이, 식각된 두께 4000 ~ 5000 Å 의 산화막 (3) 및 산화막 (4) 위에 두께 1000 ~ 2000 Å 의 실리콘 질화막 (6)과 두께 2000 ~ 3000 Å 의 TEOS 또는 LTO(Low Temperature Oxide) 산화막 (7)을 순차 증착시킨다.In the second process, as shown in FIG. 3B, the silicon nitride film 6 having a thickness of 1000 to 2000 GPa and the TEOS or LTO (Low) having a thickness of 2000 to 3000 GPa are formed on the etched oxide film 3 and the oxide film 4 having a thickness of 4000 to 5000 GPa. Temperature Oxide) The oxide film 7 is sequentially deposited.
제3공정에서는 도 3c와 같이, 플라즈마 이온 식각법으로 이방성 식각을 하여 식각된 산화막 (3) 측벽에 TEOS 또는 LTO 산화막 (7)과 실리콘 질화막 (6)을 남겨 측벽막을 형성한다.In the third process, as shown in FIG. 3C, anisotropic etching is performed by plasma ion etching to form a sidewall film by leaving the TEOS or LTO oxide film 7 and the silicon nitride film 6 on the sidewall of the etched oxide film 3.
형성된 측벽 TEOS 또는 LTO 산화막 (7)과 실리콘 질화막 (6)을 마스크로 하여 플라즈마 이온 식각법으로 P-웰 (5)의 깊이 보다 깊게 N- 에피층 (2)을 식각하여 트렌치 구조 (8)를 형성한다. 그 다음에 트렌치 벽면의 결함을 제거하기 위하여 850 ~ 1100℃에서 두께 500 ~ 1000 Å의 희생 산화막을 성장한 후 제거한다.Using the formed sidewall TEOS or LTO oxide film 7 and the silicon nitride film 6 as a mask, the trench structure 8 is etched by etching the N-epitaxial layer 2 deeper than the depth of the P-well 5 by plasma ion etching. Form. Then, in order to remove the defects in the trench walls, a sacrificial oxide film having a thickness of 500 to 1000 에서 is grown and removed at 850 to 1100 ° C.
제4공정에서는 도 3d와 같이, 두께 300 ~ 500 Å의 게이트 산화막 (9)을 성장한 후, 불순물 P가 도핑된 다결정 실리콘 박막을 증착하여 트렌치를 채운다. 게이트 전극 마스크를 사용하여 게이트 전극이 형성될 부분을 정의한 후, 플라즈마 이온 식각법으로 다결정 실리콘 박막을 이방성으로 식각하여 트렌치 게이트 전극 (10)을 형성한다. 그런다음, 다결정 실리콘 박막 식각 때 발생한 결함을 제거하기 위하여 두께 2000 ~ 3000 Å의 산화막을 성장한다.In the fourth step, as shown in FIG. 3D, the gate oxide film 9 having a thickness of 300 to 500 kW is grown, and then a polycrystalline silicon thin film doped with impurity P is deposited to fill the trench. After defining the portion where the gate electrode is to be formed using the gate electrode mask, the trench gate electrode 10 is formed by anisotropically etching the polycrystalline silicon thin film by plasma ion etching. Then, in order to remove defects generated during etching of the polycrystalline silicon thin film, an oxide film having a thickness of 2000 to 3000 Å is grown.
제5공정에서는 도 3e와 같이 측벽막을 이루는 TEOS 또는 LTO 산화막 (7)과 실리콘 질화막 (6)을 제거한 후 그 자리에 P 또는 As로 60 ~ 80 KeV, 3 ~ 5E15 /cm2조건에서 이온 주입하여 소오스 영역 (11)을 형성한다.In the fifth process, as shown in FIG. 3E, the TEOS or LTO oxide film 7 and the silicon nitride film 6 forming the sidewall film are removed, and ion-implanted at 60 to 80 KeV and 3 to 5E15 / cm 2 at P or As in place. The source region 11 is formed.
도 3f는 최종적으로 전극을 형성하는 공정을 보인 단면도이다.3F is a cross-sectional view illustrating a process of finally forming an electrode.
두께 300 ~ 1000 Å의 보호 산화막을 성장시킨 다음 두께 7000 ~ 8000 Å 필드 산화막 (12)을 성장시킨다. 전극 접촉 마스크를 사용하여 소오스 및 게이트 전극 접촉부분을 형성한 다음, 금속막을 증착한 후 전극 마스크를 사용하여 소오스 전극 (13)과 게이트 전극을 형성하고, 기판 뒷면에 드레인 전극 (14)을 형성한다. 이로써 고집적 N-채널 트렌치 게이트 전력소자가 제조된다.A protective oxide film with a thickness of 300 to 1000 GPa is grown, and then a field oxide film 12 with a thickness of 7000 to 8000 GPa is grown. After the source and gate electrode contact portions are formed using the electrode contact mask, a metal film is deposited, and then the source electrode 13 and the gate electrode are formed using the electrode mask, and the drain electrode 14 is formed on the back side of the substrate. . This produces a highly integrated N-channel trench gate power device.
[실시예 2]Example 2
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트렌치 게이트 전력소자 제조방법에 있어서, 마스크로 이용될 측벽막 형성에 필요한 막을 형성하는 제2공정, 제2공정에서 형성된 막을 식각하여 측벽막을 형성하고, 이를 마스크로 이용하여 트렌치 구조를 형성하는 제3공정의 단면도만을 보인 것이다. 그 나머지 공정은 모두 실시예 1과 동일하다.4 illustrates a method of manufacturing a trench gate power device according to another embodiment of the present invention, in which a sidewall film is formed by etching a film formed in a second process and a second process of forming a film required for forming a sidewall film to be used as a mask. Only the cross section of the 3rd process of forming a trench structure using a mask is shown. All remaining steps are the same as in Example 1.
본 실시예의 특징은 트렌치 구조를 형성할 때 마스크로 이용될 측벽막으로 실리콘 질화막을 사용하는 것이다.A feature of this embodiment is to use a silicon nitride film as the sidewall film to be used as a mask when forming the trench structure.
실시예 1과 다른 제2공정 및 제3공정을 중심으로 상세하게 설명한다.It demonstrates in detail centering on 2nd process and 3rd process different from Example 1. FIG.
제1공정에서는 앞서 설명한 실시예 1과의 제1공정과 동일하게 도 3a와 같이 N+ 실리콘 기판 (1) 위에 N- 에피층 (2)과 산화막 (3)을 순차적으로 성장시킨 후 트렌치 게이트가 형성될 부분을 식각한다. 다음에 식각된 곳에 산화막 (4)을 성장시키고, 식각되고 남은 산화막 (3)을 마스크로 하여 P-웰 (5)을 형성한다.In the first step, the trench gate is formed after sequentially growing the N− epi layer 2 and the oxide film 3 on the N + silicon substrate 1 as in FIG. Etch the part to be Next, the oxide film 4 is grown in the etched place, and the P-well 5 is formed using the remaining etched oxide film 3 as a mask.
그 다음, 제2공정에서는 도 4a와 같이 식각되고 남은 두께 4000 ~ 5000 Å 의 산화막 (3) 위에 두께 3000 ~ 5000 Å 의 실리콘 질화막 (6a)을 증착한다.Next, in the second process, a silicon nitride film 6a having a thickness of 3000 to 5000 kPa is deposited on the oxide film 3 having a thickness of 4000 to 5000 kPa remaining after etching as shown in FIG. 4A.
즉, 실시예 1에서 식각된 두께 4000 ~ 5000 Å 의 산화막 (3) 위에 두께 1000 ~ 2000 Å 의 실리콘 질화막 (6)과 두께 2000 ~ 3000 Å 의 TEOS 또는 LTO 산화막 (7)을 증착한 것과는 달리, 본 실시예에서는 실시예 1에서의 실리콘 질화막 (6)과 TEOS 또는 LTO 산화막 (7)의 두께를 합친 정도로 실리콘 질화막 (6a)을 증착하는 것이다.That is, unlike the deposition of the silicon nitride film 6 having a thickness of 1000 to 2000 mm 3 and the TEOS or LTO oxide film 7 having a thickness of 2000 to 3000 mm 3 on the oxide film 3 having a thickness of 4000 to 5000 mm 3 etched in Example 1, In this embodiment, the silicon nitride film 6a is deposited to the extent that the thickness of the silicon nitride film 6 and the TEOS or LTO oxide film 7 in Example 1 are combined.
제3공정에서는 도 4b와 같이, 플라즈마 이온 식각법으로 이방성 식각하여 식각되고 남은 산화막 (3) 측벽에 실리콘 질화막 (6a)을 남겨 측벽막을 형성한다.In the third process, as shown in FIG. 4B, an anisotropic etching is performed by plasma ion etching to form a sidewall film by leaving the silicon nitride film 6a on the sidewall of the oxide film 3 remaining after etching.
형성된 측벽 실리콘 질화막 (6a)을 마스크로 하여 플라즈마 이온 식각법으로 P-웰 (5)의 깊이 보다 깊게 N- 에피층 (2)을 식각하여 트렌치 구조 (8)를 형성한다. 그 다음에 트렌치 벽면의 결함을 제거하기 위하여 850 ~ 1100℃에서 두께 500 ~ 1000 Å의 희생 산화막을 성장한 후 제거한다.Using the formed sidewall silicon nitride film 6a as a mask, the trench structure 8 is formed by etching the N- epi layer 2 deeper than the depth of the P-well 5 by plasma ion etching. Then, in order to remove the defects in the trench walls, a sacrificial oxide film having a thickness of 500 to 1000 에서 is grown and removed at 850 to 1100 ° C.
그 다음에는 트렌치 게이트를 형성하는 제4공정, 측벽막을 제거한 다음 소오스 영역을 형성하는 제5공정 및 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 제6공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 고집적 N-채널 트렌치 게이트 전력소자를 제조한다.Thereafter, a fourth process of forming a trench gate, a fifth process of removing a sidewall film and then a source region, and a sixth process of forming a source and a drain electrode are performed in the same manner as in Example 1, thereby performing a highly integrated N-channel trench gate. Manufacture a power device.
[실시예 3]Example 3
도 5는 본 발명 또 다른 실시예에 따른 트렌치 게이트 전력소자의 제조방법에 있어서, 공정중 N+ 실리콘 기판 위에 N- 에피층을 성장시켜 P-웰을 형성하는 제1공정, 마스크로 이용될 측벽막 형성에 필요한 막을 형성하는 제2공정, 제2공정에서 형성된 막을 식각하여 측벽막을 형성하고, 이를 마스크로 이용하여 트렌치 구조를 형성하는 제3공정을 수행한 뒤의 단면도를 나타낸 것이다. 그 나머지 공정은 실시예 1과 동일하다.FIG. 5 illustrates a method of manufacturing a trench gate power device in accordance with still another embodiment of the present invention. A cross-sectional view after performing a second step of forming a film required for formation and a third step of forming a trench structure by etching the film formed in the second step and using this as a mask is shown. The rest of the process is the same as in Example 1.
본 실시예의 특징은 제1공정에서 P-웰을 형성할 때 마스크로 사용될 산화막을 소정의 각도로 경사지게 식각하는 것이다.A feature of this embodiment is that the oxide film to be used as a mask is etched inclined at a predetermined angle when forming the P-well in the first step.
본 실시예의 제1공정 내지 제3공정을 자세하게 설명한다.The first to third processes of this embodiment will be described in detail.
제1공정에서 먼저 비저항 값이 0.004 Ωcm 미만인 N+ 실리콘 기판 (1) 위에 비저항 값이 0.5 ~ 1 Ωcm , 두께가 4 ~ 8 ㎛ 인 N- 에피층 (2)을 성장시킨다.In the first step, first, an N- epitaxial layer 2 having a specific resistance of 0.5 to 1 µm and a thickness of 4 to 8 µm is grown on the N + silicon substrate 1 having a specific resistance of less than 0.004 µm.
그 다음 900 ~ 1100 ℃의 열전기로에서 두께 4000 ~ 5000 Å의 산화막 (3)을 성장시키고 그 위에 감광막을 도포한 다음, 트렌치 게이트 마스크를 사용하여 트렌치 게이트가 형성될 부분을 정의한다.Next, an oxide film 3 having a thickness of 4000 to 5000 kPa is grown in a thermoelectric furnace at 900 to 1100 ° C., a photoresist is applied thereon, and a portion of the trench gate is defined using a trench gate mask.
다음, 플라즈마 이온 식각 방법으로 산화막 (3)을 45 ~ 85。 로 경사지게 이방성으로 식각하고 감광막을 제거한다.Next, the oxide film 3 is anisotropically etched at an angle of 45 to 85 ° by a plasma ion etching method and the photoresist film is removed.
트렌치 게이트가 형성될 부분에 두께 400 Å의 산화막 (4)을 성장시킨다. 그 후 BF2로 160 KeV, 1 ~ 3E13 /cm2조건으로 이온 주입한 후, 1000 ~ 1150 ℃ 에서 열처리하여 N- 에피층 (2) 내에 깊이 1 ~ 2 ㎛ 의 P-웰 (5)을 형성한다.An oxide film 4 having a thickness of 400 kPa is grown on the portion where the trench gate is to be formed. Thereafter, ion implantation was performed with BF 2 at 160 KeV and 1 to 3E13 / cm 2 , followed by heat treatment at 1000 to 1150 ° C. to form a P-well 5 having a depth of 1 to 2 μm in the N-epitaxial layer 2. do.
제2공정에서, 두께 3000 ~ 5000 Å의 실리콘 질화막 (6a)을 경사지게 식각된 산화막 (3) 위에 증착한다.In the second step, a silicon nitride film 6a having a thickness of 3000 to 5000 kPa is deposited on the obliquely etched oxide film 3.
계속하여 제3공정에서 플라즈마 이온 식각법으로 실리콘 산화막 (6a)을 이방성 식각하여 경사지게 식각된 측벽에 실리콘 질화막 (6a)을 남겨 측벽막을 형성한다. 형성된 측벽 실리콘 질화막 (6a)을 마스크로 하여 플라즈마 이온 식각법으로 P-웰 (5)의 깊이 보다 깊게 N- 에피층 (2)을 식각하여 트렌치 구조 (8)를 형성한다.Subsequently, in the third process, the silicon oxide film 6a is anisotropically etched by plasma ion etching to leave the silicon nitride film 6a on the inclined sidewall to form the sidewall film. Using the formed sidewall silicon nitride film 6a as a mask, the trench structure 8 is formed by etching the N- epi layer 2 deeper than the depth of the P-well 5 by plasma ion etching.
그 다음에는 트렌치 게이트를 형성하는 제4공정, 측벽막을 제거한 다음 소오스 영역을 형성하는 제5공정 및 게이트, 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 제6공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 고집적 N-채널 트렌치 게이트 전력소자를 제조한다.Next, the fourth process of forming the trench gate, the fifth process of removing the sidewall layer and then the source region, and the sixth process of forming the gate, source and drain electrodes were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a highly integrated N-channel. A trench gate power device is manufactured.
[실시예 4]Example 4
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of an N-channel trench gate power device according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서는 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 제조방법을 보인 상술한 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나와 동일한 공정순서로 트렌치 게이트 전력소자를 제조한다.In the present embodiment, the trench gate power device is manufactured in the same process order as any one of the above-described embodiments 1 to 3 showing the method of manufacturing the N-channel trench gate power device.
다만, 제1공정에서, N- 에피층 (2)/N+ 실리콘 기판 (1) 대신에 N+ 실리콘 기판 (1) 위에 두께 2 ~ 3 ㎛의 얇은 N- 에피층 (2b)을 성장한 실리콘 기판을 사용한다.However, in the first step, instead of the N- epi layer (2) / N + silicon substrate (1), a silicon substrate in which a thin N- epi layer (2b) having a thickness of 2-3 m is grown on the N + silicon substrate (1) is used. do.
또한 제3공정에서 트렌치 구조(8)를 형성할 때 얇은 N- 에피층 (2b) 보다 깊게 N+ 실리콘 기판 (1)까지 식각하여 형성한다.Further, when the trench structure 8 is formed in the third step, the trench structure 8 is etched to the N + silicon substrate 1 deeper than the thin N- epi layer 2b.
본 실시예에서와 같이 두께 2 ~ 3 ㎛ 의 얇은 N- 에피층 (2b)을 사용할 경우 트렌치 게이트 전력소자의 항복전압은 감소하지만 드리프트 영역의 저항을 줄일 수 있어 전력소자의 주요변수인 온 저항을 보다 낮게 낮출 수 있다.When the thin N- epi layer 2b having a thickness of 2 to 3 μm is used as in this embodiment, the breakdown voltage of the trench gate power device is reduced, but the resistance of the drift region can be reduced, thereby reducing the on-resistance, which is a main variable of the power device. Can be lowered.
[실시예 5]Example 5
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 P-채널 트렌치 게이트 전력소자의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a P-channel trench gate power device according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서는 N-채널 트렌치 게이트 전력소자의 제조방법을 보인 상술한 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나와 동일한 공정순서로 트렌치 게이트 전력소자를 제조한다.In the present embodiment, the trench gate power device is manufactured in the same process order as any one of the above-described embodiments 1 to 3 showing the method of manufacturing the N-channel trench gate power device.
다만, 제1공정에서 N- 에피층 (2)/ N+ 실리콘 기판(1) 대신에 P- 에피층 (2a)/P+ 실리콘 기판 (1a)을 사용한다.However, in the first step, P- epi layer 2a / P + silicon substrate 1a is used instead of N- epi layer 2 / N + silicon substrate 1.
또한 도 7과 같이 P+또는 As+이온을 주입하여 N-웰 (5a)을 형성한 다음, BF2이온을 주입하여 P+ 소오스 영역 (11a)을 형성한다.In addition, as illustrated in FIG. 7, P + or As + ions are implanted to form the N-well 5a, and then BF 2 ions are implanted to form the P + source region 11a.
[실시예 6]Example 6
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 P-채널 트렌치 게이트 전력소자의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a P-channel trench gate power device according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서는 실시예 5와 동일한 공정순서로 트렌치 게이트 전력소자를 제조한다.In this embodiment, the trench gate power device is manufactured in the same process sequence as in the fifth embodiment.
다만, 제1공정에서, P- 에피층 (2a)/P+ 실리콘 기판 (1a) 대신에 P+ 실리콘 기판 (1a) 위에 두께 2 ~ 3 ㎛의 얇은 P- 에피층 (2c)성장한 실리콘 기판을 사용한다.However, in the first step, instead of the P- epi layer 2a / P + silicon substrate 1a, a silicon substrate with a thin P- epi layer 2c having a thickness of 2-3 m on the P + silicon substrate 1a is used. .
또한 제3공정에서 트렌치 구조(8)를 형성할 때 얇은 P- 에피층 (2c) 보다 깊게 P+ 실리콘 기판 (1a)까지 식각하여 형성한다.Further, when the trench structure 8 is formed in the third step, the trench structure 8 is etched to the P + silicon substrate 1a deeper than the thin P− epi layer 2c.
상술한 바와 같이 본 발명은 트렌치 게이트 마스크를 사용하여 N-웰 (또는 P-웰)을 형성한 후, 측벽막을 형성하여 트렌치 게이트를 형성한 다음, 소오스 영역을 형성함으로써 사용되는 마스크 수(4장 : 트렌치 게이트, 게이트 전극, 접합 및 전극 마스크)를 줄이고, 제조공정을 단순화함으로써 생산성을 향상과 함께 제조원가를 낮출 수 있다.As described above, the present invention uses the trench gate mask to form an N-well (or P-well), and then forms a sidewall film to form a trench gate, and then forms a source region (four sheets). By reducing trench gates, gate electrodes, junctions and electrode masks, and simplifying the manufacturing process, productivity can be improved and manufacturing costs can be lowered.
또한 적은 수의 마스크를 사용함으로써 소자의 정렬 오차가 줄어들어 고집적화 함으로써 전력소자의 주요 변수인 온 저항을 낮출 수 있다.In addition, by using a small number of masks, the alignment error of the device is reduced, resulting in high integration, thereby reducing the on-resistance, which is a main variable of the power device.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example only and not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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WO2010096261A2 (en) * | 2009-02-19 | 2010-08-26 | Fairchild Semiconductor Corporation | Structures and methods for improving trench-shielded semiconductor devices and schottky barrier rectifier devices |
WO2010096261A3 (en) * | 2009-02-19 | 2010-11-18 | Fairchild Semiconductor Corporation | Structures and methods for improving trench-shielded semiconductor devices and schottky barrier rectifier devices |
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