JP2005045123A - Trench gate type semiconductor device and its manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチゲート型半導体装置およびその製造方法、特にオン抵抗の小さいトレンチゲート型MOSゲートデバイスに関するものである。 The present invention relates to a trench gate type semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a trench gate type MOS gate device having a low on-resistance.
電流を制御する半導体装置は家庭用電化製品から産業用装置の分野まで広く普及している。特に自動車用エレクトロニクスを支える半導体装置として、ABS等の油圧バルブ制御、パワーウインドウ等のモータ制御、さらに電気自動車のバッテリ直流電圧を交流に変換するインバータシステム等多くの部分に使用されている。 Semiconductor devices that control current are widely used from household appliances to industrial devices. In particular, semiconductor devices that support automobile electronics are used in many parts such as hydraulic valve controls such as ABS, motor controls such as power windows, and inverter systems that convert battery DC voltage of electric vehicles into alternating current.
インバータの高周波化と小型化の要求により、電流制御半導体装置のなかでも、高速スイッチングが可能で、しかも電圧駆動であるため駆動回路を低損失にできるという特徴を有するMOS(Metal Oxide Semiconductor)ゲートデバイスが注目されている。MOSゲートデバイスは、電子または正孔どちらか一方がキャリアとして動作するユニポーラデバイスであるMOS FET(Field Effect Transistor)と、電子と正孔がともにキャリアとして動作するバイポーラデバイスであるIGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)とに大別できる。MOS FETは少数キャリアの蓄積がないため、特に高速性に優れている。 A MOS (Metal Oxide Semiconductor) gate device having characteristics that a high-speed switching is possible among current control semiconductor devices and a drive circuit can be reduced in loss due to a demand for high frequency and miniaturization of an inverter. Is attracting attention. The MOS gate device includes a field effect transistor (MOS FET) that is a unipolar device in which either electrons or holes operate as carriers, and an IGBT (insulated gate bipolar transistor) that is a bipolar device in which both electrons and holes operate as carriers. ) And can be broadly divided. Since MOS FETs do not accumulate minority carriers, they are particularly excellent in high speed performance.
電流制御半導体装置に要求されている課題として、無効電力削減のためのオン抵抗の低減と、信頼性向上のための耐圧の向上がある。オン抵抗とはMOS FETの最も重要な特性の一つで、ドレインからソースまで、ドレイン電流が流れる素子内のすべての経路を通じた抵抗値を言い、一般にチャネル領域の抵抗(チャネル抵抗)の寄与が大きい。一方、耐圧とはドレイン−ソース間の耐圧を言い、オン抵抗とはトレードオフの関係にあることが知られている。 Problems required for the current control semiconductor device include a reduction in on-resistance for reducing reactive power and an increase in breakdown voltage for improving reliability. On-resistance is one of the most important characteristics of MOS FETs. It refers to the resistance value from the drain to the source through all the paths in the element through which the drain current flows. In general, the resistance of the channel region (channel resistance) contributes. large. On the other hand, the breakdown voltage refers to the breakdown voltage between the drain and the source, and it is known that the ON resistance is in a trade-off relationship.
チャネル抵抗を下げるために、半導体表面から狭く、深い溝(トレンチ)を掘って、その側面にゲートを形成するトレンチゲート構造が開発された。これにより電流経路がトレンチ側壁に3次元的に拡大し、オン抵抗は飛躍的に低減できた。さらに、オン抵抗を下げるために、トレンチゲート間隔を狭め、セル密度を上げて実効的な電流経路の密度を高める構造がとられている。 In order to lower the channel resistance, a trench gate structure has been developed in which a narrow and deep trench is formed from the semiconductor surface and a gate is formed on the side surface. As a result, the current path is three-dimensionally expanded on the trench sidewall, and the on-resistance can be drastically reduced. Further, in order to lower the on-resistance, a structure is adopted in which the trench gate interval is narrowed to increase the cell density to increase the effective current path density.
トレンチに埋め込まれ、チャネルを形成するための電圧を印加するゲート電極と、チャネルに電流を供給するためのソース電極との間には、絶縁をとるための層間絶縁膜が配置される。一般に層間絶縁膜は、基板表面に形成され、所定の領域のみにコンタクトホールを開けて、ソース領域と前記層間絶縁膜上に堆積させるソース電極と電気的接続がとられる。 An interlayer insulating film for insulation is disposed between a gate electrode that is embedded in the trench and applies a voltage for forming a channel and a source electrode that supplies a current to the channel. In general, an interlayer insulating film is formed on the surface of a substrate, and a contact hole is opened only in a predetermined region to be electrically connected to a source region and a source electrode deposited on the interlayer insulating film.
このコンタクトホールパターン形成のためのフォトリソグラフィーには、基板表面のトレンチ開口と隣接する狭いソース領域にコンタクトホールパターンを合わせるための高い精度が要求される。製造ラインにおけるこの露光マスクの合わせ精度を考慮して、トレンチ−コンタクトホール間の設計寸法には余裕を持たせる必要があり、チャネル抵抗を下げるためにトレンチ間隔を縮小させることに制限があった。 Photolithography for forming the contact hole pattern requires high accuracy for aligning the contact hole pattern with a narrow source region adjacent to the trench opening on the substrate surface. In consideration of the alignment accuracy of the exposure mask in the production line, it is necessary to provide a design dimension between the trench and the contact hole, and there is a limit to reducing the trench interval in order to reduce the channel resistance.
この問題を解消する方法として、トレンチ内のゲート材料を基板表面より奥に押し込め、層間絶縁膜をトレンチ内にのみ配置させ、トレンチ開口部にイオン注入等を行いソース領域を形成した後、ソース電極を堆積させる方法が提案された(例えば、非特許文献1参照)。 To solve this problem, the gate material in the trench is pushed deeper than the substrate surface, the interlayer insulating film is disposed only in the trench, the source region is formed by ion implantation or the like in the trench opening, and then the source electrode Has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
この方法によれば、精度の高いマスク合わせを必要とするフォトリソグラフィー工程無しに、所望の絶縁および電気的接続関係を得る構造を実現することができる。 According to this method, it is possible to realize a structure that obtains a desired insulation and electrical connection relationship without a photolithography process that requires highly accurate mask alignment.
また、同様にトレンチ内のゲート材料を基板表面より奥に押し込め、層間絶縁膜をシリコン基板表面とほぼ共通の平面をなすように形成し、交互に形成されたボディ領域とソース領域とにそれぞれコンタクトホールの形成無しにソース電極と電気的に接続させる構造が提案された(例えば、特許文献1参照)。 Similarly, the gate material in the trench is pushed deeper than the substrate surface, and an interlayer insulating film is formed so as to form a plane that is almost in common with the silicon substrate surface, and contact is made with the alternately formed body region and source region, respectively. There has been proposed a structure that is electrically connected to the source electrode without forming a hole (see, for example, Patent Document 1).
さらにチャネル抵抗を下げるために、トレンチ間隔を狭めセルピッチを縮小しようとすると、基板表面のソース領域も狭くなる。このため、ソース電極とソース領域との接触面積が減少するため、接触抵抗が増加し、素子全体としてはかえってオン抵抗が上昇してしまうことがあった。 Further, in order to reduce the channel resistance, when trying to reduce the cell pitch by narrowing the trench interval, the source region on the substrate surface also becomes narrow. For this reason, since the contact area between the source electrode and the source region is reduced, the contact resistance is increased, and the on-resistance may be increased as a whole.
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低いオン抵抗を精度の高いマスク合わせを必要とするフォトリソグラフィーなしで実現できるトレンチゲート型半導体装置およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a trench gate type semiconductor device capable of realizing low on-resistance without photolithography requiring high-precision mask alignment and a method for manufacturing the same. It is to be.
本発明のトレンチゲート型半導体装置は、溝の中にゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲートを複数備えたトレンチゲート型半導体装置であって、n(p)型半導体基板の上面に形成されたn(p)型ドリフト領域と、前記n(p)型ドリフト領域の上面に形成されたp(n)型チャネル領域と、前記p(n)型チャネル領域の上面に形成された電荷伝導領域と、前記電荷伝導領域の上面に形成されたソース電極と、前記ゲート電極と前記ソース電極とを絶縁する層間絶縁膜と、を備え、前記溝は、前記電荷伝導領域の上面から前記電荷伝導領域および前記p(n)型チャネル領域を貫き前記n(p)型ドリフト領域に達し、前記層間絶縁膜は、前記溝内にあって、その上面は前記溝開口より下に位置し、前記ソース電極は、前記溝の開口部を埋め、前記溝側壁において前記電荷伝導領域と電気的接続をすることを特徴とする。 A trench gate type semiconductor device according to the present invention is a trench gate type semiconductor device having a plurality of gates embedded in a groove with a gate insulating film interposed therebetween, and is formed on an upper surface of an n (p) type semiconductor substrate. an n (p) type drift region; a p (n) type channel region formed on the upper surface of the n (p) type drift region; and a charge conduction region formed on the upper surface of the p (n) type channel region. A source electrode formed on an upper surface of the charge conductive region, and an interlayer insulating film that insulates the gate electrode and the source electrode, and the groove extends from the upper surface of the charge conductive region to the charge conductive region and The n (p) -type drift region is reached through the p (n) -type channel region, the interlayer insulating film is in the trench, its upper surface is located below the trench opening, and the source electrode is , Opening of the groove Filled, characterized by said charge transfer region and electrically connected at the groove side walls.
この構造によれば、トレンチ側壁で電荷伝導領域とソース電極が電気的接続をするため、トレンチ間隔を狭くしても、接触抵抗の上昇を抑え、オン抵抗を低減することができる。しかも、その製造工程に精度の高いマスク合わせを必要としない。 According to this structure, since the charge conduction region and the source electrode are electrically connected on the trench side wall, even if the trench interval is narrowed, the increase in contact resistance can be suppressed and the on-resistance can be reduced. In addition, highly accurate mask alignment is not required in the manufacturing process.
また、前記電荷伝導領域は、p(n)型ボディ領域とn(p)型ソース領域とから構成され、前記p(n)型ボディ領域とn(p)型ソース領域とは、当該電荷伝導層の下面から上面まで延在するとともに前記溝を横断することを特徴とすることが好ましい。 The charge conduction region includes a p (n) -type body region and an n (p) -type source region, and the p (n) -type body region and the n (p) -type source region correspond to the charge conduction. Preferably, it extends from the lower surface to the upper surface of the layer and traverses the groove.
この構造によれば、溝側壁でp(n)型ボディ領域およびn(p)型ソース領域とソース電極とがそれぞれ電気的接続することができる。したがって、チャネル領域の電位が決められるため、ゲート動作が安定すると共に、電流のチャネルにおいてアバランシェ降伏により生じたホールを効率的に引き抜き、アバランシェ破壊耐量を上げることができる。 According to this structure, the p (n) type body region, the n (p) type source region, and the source electrode can be electrically connected to each other at the trench sidewall. Therefore, since the potential of the channel region is determined, the gate operation is stabilized, and holes generated by avalanche breakdown in the current channel can be efficiently extracted to increase the avalanche breakdown resistance.
また、前記溝内に埋まった前記ソース電極の深さをDとし、前記電荷伝導層の上面における前記隣接するトレンチゲートの間隔をLとすると、D>Lであることが好ましい。 Further, it is preferable that D> L, where D is a depth of the source electrode buried in the trench and L is an interval between the adjacent trench gates on the upper surface of the charge conductive layer.
この構造によれば、電荷伝導領域とソース電極との電気的接続は主にトレンチ側壁でとられるため、トレンチ間隔を狭くしても、コンタクト抵抗の上昇を抑え、オン抵抗を低減することができる。 According to this structure, since the electrical connection between the charge conduction region and the source electrode is mainly performed on the trench sidewall, even if the trench interval is narrowed, the increase in contact resistance can be suppressed and the on-resistance can be reduced. .
また、前記溝の側壁は底から開口部に向かって広がるテーパをなすことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the side wall of the groove has a taper extending from the bottom toward the opening.
この構造によれば、溝内の奥までゲート材料を十分に充填させることが容易にできる。 According to this structure, it is possible to easily fill the gate material sufficiently into the groove.
また、本発明の方法は、溝の中にゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲートを複数備えたトレンチゲート型半導体装置の製造方法であって、n(p)型半導体基板にn(p)型ドリフト領域と、p(n)型チャネル領域と、n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]と、を順にエピタキシャル成長する工程と、前記n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]に、当該n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]を貫く、p(n)型ボディ領域[n(p)型ソース領域]を形成する工程と、前記前記n(p)型ソース領域とp(n)型ボディ領域をそれぞれ横断する溝を、前記p(n)型チャネル領域を貫き前記n(p)型ドリフト領域に達する深さまで形成する工程と、前記溝の内壁に絶縁膜を形成する工程と、前記溝内をp(n)型チャネル領域の上面を超える高さまで多結晶シリコンを充填させる工程と、前記溝内の多結晶シリコン上に層間絶縁膜を堆積させる工程と、前記層間絶縁膜を、所望の厚みであって、かつ、その上面が前記溝開口部より下となるようにエッチングする工程と、前記溝の開口部を埋め、前記溝の内壁で前記p(n)型ボディ領域および前記n(p)型ソース領域と電気的接続をする、ソース電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 The method of the present invention is a method for manufacturing a trench gate type semiconductor device having a plurality of gates embedded in a trench with a gate insulating film interposed therebetween, wherein n (p) is applied to an n (p) type semiconductor substrate. A step of epitaxially growing a type drift region, a p (n) type channel region, and an n (p) type source region [p (n) type body region], and the n (p) type source region [p ( forming a p (n) type body region [n (p) type source region] penetrating through the n (p) type source region [p (n) type body region] in the n) type body region]; Forming trenches respectively traversing the n (p) type source region and the p (n) type body region to a depth reaching the n (p) type drift region through the p (n) type channel region; , Forming an insulating film on the inner wall of the groove, and p (n) type in the groove Filling the polycrystalline silicon to a height exceeding the upper surface of the channel region, depositing an interlayer insulating film on the polycrystalline silicon in the trench, the interlayer insulating film having a desired thickness, and Etching so that the upper surface is below the groove opening, filling the groove opening, and electrically connecting the p (n) type body region and the n (p) type source region with the inner wall of the groove And a step of forming a source electrode.
この方法によれば、精度の高いマスク合わせを必要とするフォトリソグラフィーなしでオン抵抗の低いトレンチゲート型半導体装置を実現することができる。また、前記p(n)型ボディ領域[n(p)型ソース領域]はストライプ状に形成されることが好ましい。 According to this method, it is possible to realize a trench gate type semiconductor device having a low on-resistance without photolithography that requires highly accurate mask alignment. The p (n) type body region [n (p) type source region] is preferably formed in a stripe shape.
また、前記層間絶縁膜は、前記n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]の上面における前記隣接するトレンチゲートの間隔より、前記溝開口から深くエッチングすることが好ましい。 The interlayer insulating film is preferably etched deeper from the groove opening than the interval between the adjacent trench gates on the upper surface of the n (p) type source region [p (n) type body region].
また、前記溝を形成する工程は、エッチングマスクを配して異方性エッチング行う第1のエッチング工程と、前記エッチングマスクを除去した後、等方性エッチングを行い、当該溝開口部を広げる第2のエッチング工程と、を含むことが好ましい。 Further, the step of forming the groove includes a first etching step in which an etching mask is provided and anisotropic etching is performed, and after the etching mask is removed, isotropic etching is performed to widen the groove opening. 2 etching steps.
この方法によれば、隣接するトレンチの間隔を、フォトリソグラフィーに用いる露光装置の解像度より狭くすることができる。 According to this method, the interval between adjacent trenches can be made smaller than the resolution of an exposure apparatus used for photolithography.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施形態1
[デバイスの構造]
図1は実施形態1に係るMOS FET100の断面図である。シリコンからなるn+型基板1にn-型ドリフト領域2、電子の経路であるチャネルが形成されるpチャネル領域3が順に積層され、pチャネル領域3の上面には、電子および正孔がそれぞれ伝導するn+型ソース領域4とp+型ボディ領域5がストライプ状に形成されている。p+型ボディ領域5は、pチャネル領域3とソース電極20とを電気的に接続し、pチャネル領域3の電位を固定して、ゲート動作を安定させると共に、電流のチャネルにおいてアバランシェ降伏により生じたホールをpチャネル領域3から引き抜くことによりアバランシェ破壊耐量を上げる役目を果たしている。
[Device structure]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
さらにn+型ソース領域4とp+型ボディ領域5はそれぞれ上面まで延在し、上面において同一表面を成し、その上面に当接してソース電極20が表面に形成されている。トレンチゲート6は、n+型ソース領域4とp+型ボディ領域5で形成される表面からp(n)型チャネル領域3を貫き、n-型ドリフト領域2に達する溝であるトレンチ7にゲート絶縁膜8を介して多結晶シリコンで構成されるゲート9が埋め込まれている。ゲート9とソース電極20は層間絶縁膜10で絶縁されている。また、n+型基板1の裏面にはドレイン電極21が形成されている。
Further, n +
本発明において特徴的なことは、n+型ソース領域4とp+型ボディ領域5とがストライプ状に交互に配置され、それぞれの領域がp(n)型チャネル領域3からソース電極20まで延在するとともに、トレンチ7を横断することである。
What is characteristic in the present invention is that n + -
図2は図1のMOS FET100のトレンチ部断面を拡大した図であり、n+型ソース領域4を断面している。
FIG. 2 is an enlarged view of the cross section of the trench portion of the
本発明において、さらに特徴的なことは、ゲート9の上面はpチャネル領域3上面より上に位置し、ゲート9の上に配置されている層間絶縁膜10は、トレンチ7内にあって、その上面はトレンチ7の開口より下に位置していることである。
In the present invention, it is further characteristic that the upper surface of the
この構成によれば、ソース電極20はトレンチ7内の層間絶縁膜10上面まで入り込み、ソース電極20とn+型ソース領域4およびp+型ボディ領域5とは、それぞれトレンチ溝の側壁7aと基板表面とで当接し、電気的接続をとることができる。基板表面だけで電気的接続していた従来構造と比べ、接触面積が広くなるので、接触抵抗を小さくすることができる。隣接するトレンチ間の基板表面での間隔をLとし、ソース電極20のトレンチ入り込み深さをDとすると、この効果は、トレンチ間隔:Lとソース電極深さ:Dとの比が小さくなるほど顕著になる。したがって、接触抵抗を下げ、オン抵抗を下げるためにはL<Dであることが望ましい。
According to this configuration, the
トレンチパターンの寸法は、トレンチエッチングのパターン転写を行う露光装置の解像度によって決定される。たとえば、波長365nmの水銀灯i線を光源とする一般な露光装置の解像度は0.4μm程度である。したがって、この場合、トレンチ間隔:Lは物理的に0.4μmまで狭めることが可能である。このとき、ソース電極深さ:Dを1μmとすれば、1本のトレンチの片側に流れる電流経路に着目し、ソース電極20とn+型ソース領域4との接触面積を計算すると、基板表面における有効表面積は[幅0.2(μm)×トレンチ長さ]であるが、側壁における表面積は[深さ1(μm)×トレンチ長さ]となり、側壁での接触面積は、基板表面での接触面積の5倍となることがわかる。すなわち、基板表面だけでソース電極20とn+型ソース領域4と接触する従来構造において、トレンチ間隔が2.4μmであった場合、本実施形態1に係る構造では、同じ接触面積を0.4μmのトレンチ間隔で実現することができる。さらに解像度の高い露光装置を用いれば、さらにトレンチ間隔を狭め、チャネル密度を上げることが可能である。
The dimension of the trench pattern is determined by the resolution of an exposure apparatus that performs pattern transfer of trench etching. For example, the resolution of a general exposure apparatus using a mercury lamp i-line with a wavelength of 365 nm as a light source is about 0.4 μm. Therefore, in this case, the trench interval L can be physically reduced to 0.4 μm. At this time, if the source electrode depth: D is 1 μm, paying attention to the current path flowing on one side of one trench, the contact area between the
したがって、本実施形態によれば、ソース電極20とn+型ソース領域4との接触抵抗を従来と同等に維持したまま、例えば2.4μmであったトレンチ間隔を0.4μmまで狭めることができる。これにより、チャネル密度が向上することによるオン抵抗の低減が実現できる。
Therefore, according to the present embodiment, the trench interval, which was 2.4 μm, for example, can be reduced to 0.4 μm while the contact resistance between the
また、本実施形態1によれば、pチャネル領域3の電流チャネルが形成される領域からソース電極20までの経路が近いため、その間の伝導抵抗が小さく、pチャネル領域3の電位の持ち上がりを小さく抑えることができる。したがってラッチアップが起こりにくい。
Further, according to the first embodiment, since the path from the region where the current channel of the p-
ここで、図1において、トレンチ7とn+型ソース領域4およびp+型ボディ領域5とは直交するように示したが、交差角度は直角でなくとも良い。
Here, in FIG. 1, the
実施形態1のMOS FET100はn型基板を用いて、キャリアを電子とするnチャネル型であるが、各半導体層および各領域の導電型をそれぞれ逆の導電型とし、キャリアをホールとしたpチャネル型としても良い。さらに本実施形態1では半導体としてシリコンを用いたが、化合物半導体を用いることも可能である。
The
[デバイスの製造方法]
本実施形態1のMOS FET100の製造工程を図を用いて説明する。図3から図10はこれを説明するための工程図である。
[Device manufacturing method]
A manufacturing process of the
まず、n型基板1にn-型ドリフト領域2と、pチャネル領域3と、n+型ソース領域4と、を順にエピタキシャル成長する。次に図3(a)およびそのA−A断面図である図3(b)に示すように、前記n+型ソース領域4にストライプ状にp+型ボディ領域5を形成する。このp+型ボディ領域5の形成はイオン注入および拡散によって行う。ここで、p+型ボディ領域5を先にエピタキシャル成長させ、そこにイオン注入および拡散によりn+型ソース領域4をストライプ状に形成してもよい。
First, an n −
次に、図4(a)およびそのA−A断面図である図4(b)に示すように、前記形成したn+型ソース領域4およびp+型ボディ領域5を横断する溝であるトレンチ7を、p型チャネル領域3を貫きn型ドリフト領域2に達する深さまで形成する。この工程は、まず、基板表面の全面にHTOCVD(高温酸化膜化学気相堆積)法によりHTO(高温酸化)膜を形成した後、この表面にトレンチ開口パターンをフォトリソグラフィー法によりマスクから転写し、HTO膜エッチングを行い、HTO膜をトレンチ開口パターンに形成する。ここで、トレンチ開口パターンの形成には、フォトリソグラフィー工程におけるマスクの微細な位置合わせを必要としないため、トレンチ間隔はフォトリソグラフィーに用いる露光装置の解像度限界まで狭くすることができる。次に、パターニングしたHTO膜をエッチングマスク30として、CF系およびHBr系ガス等を用いたRIE(反応性イオンエッチング装置)などの異方性ドライエッチング法によりp型チャネル領域3を貫きn型ドリフト領域2に達する深さまでエッチングを行うことによりトレンチ7を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) which is a cross-sectional view taken along the line AA, a trench which is a groove traversing the formed n +
次に、図5(a)およびそのA−A断面図である図5(b)、そのB−B断面図である図5(c)に示すように、ゲート9を形成する。その工程は、まず、トレンチ7の内壁にゲート絶縁膜8を形成する。このゲート絶縁膜8はシリコン酸化膜であって、CVD法により堆積させるものであってもよいし、基板全面を熱酸化し、トレンチ側壁のシリコン露出部を熱酸化によるシリコン酸化膜としたのであってもよい。次に、ゲート絶縁膜8に覆われたトレンチ7内に、多結晶シリコンで構成されるゲート9を形成する。ゲート9はCVD法により、多結晶シリコンをトレンチ7を埋めるように堆積させ、リンを高濃度に注入・拡散して高導電率化する。そして、図5(b)の断面を有するトレンチ7の中央部のみ開口するエッチングマスクを配し、基板上面部の多結晶シリコンを除去する。このとき、トレンチ7内のゲート9の上面はpチャネル領域3の上面より高い位置に位置決めさせる。すなわち、ゲート9とn+型ソース領域4およびp+型ボディ領域5は水平方向でオーバーラップするように配置され、ゲートから加えられる電界が効率的に電流チャネルを形成することができる。ここで、トレンチ7周辺部の図5(c)の領域は多結晶シリコンが基板表面に残り、ゲート9の外部接続用電極パッド10aとして用いる。
Next, as shown in FIG. 5 (a), FIG. 5 (b) which is an AA cross-sectional view thereof, and FIG. 5 (c) which is a BB cross-sectional view thereof, a
次に、層間絶縁膜10を形成する。その工程は、まず、図6(a)およびそのA−A断面図である図6(b)に示すように、トレンチ7を埋めるように絶縁膜であるBPSG(ボロン・リン・ガラス)をプラズマCVD法により堆積させる。
Next, the
次に図7(a)およびそのA−A断面図である図7(b)に示すように、BPSGをトレンチ7内における厚みを所定のものとなるまでエッチバックする。このとき、基板表面部に配置されたゲート9の外部接続用電極パッド10a上のBPSGも除去する。
Next, as shown in FIG. 7A and FIG. 7B, which is a cross-sectional view taken along the line AA, the BPSG is etched back until the thickness in the
次に、図8(a)およびそのA−A断面図である図8(b)に示すように、Al等から成るソース電極20を形成する。ここで、ゲート9の外部接続用電極パッド10aとソース電極20の間には両者を絶縁するための絶縁膜を配置する。ソース電極20はトレンチ7内に充填され、トレンチ7側壁においてn+型ソース領域4とp+型ボディ領域5と当接し、両者と電気的接続を得ることができる。最後にn+型基板1にドレイン電極21を形成する。
Next, as shown in FIG. 8A and FIG. 8B, which is a sectional view taken along the line A-A, a
本実施形態1のトレンチゲート型半導体装置の製造方法によれば、ソース電極20とn+型ソース領域4およびスp+型ボディ領域5との電気的接続、およびソース電極20とゲート9との絶縁関係を、精密なマスク位置合わせを必要とするフォトリソグラフィー工程無しに実現できる。このため、トレンチ7の開口パターンにマスク位置合わせの精度を勘案した、余裕代をとる必要がないため、トレンチ間隔を狭くし、チャネル密度の高い構造を容易に実現することができる。
According to the manufacturing method of the trench gate type semiconductor device of the first embodiment, the electrical connection between the
実施形態2
[デバイスの構造]
図9は実施形態2に係るMOS FET101の断面図である。MOS FET101の特徴は、実施形態1のMOS FET100におけるトレンチ7の側壁が、トレンチの底から開口部に向かって広がるテーパをなすことである。
[Device structure]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
本実施形態2によれば、ソース電極20とn+型ソース領域4およびp+型ボディ領域5とはトレンチ7側壁で当接し、電気的接続を得ているため、必ずしも基板表面を平坦とさせて、それぞれ接触させる必要は無い。したがって、図9に示すように、基板表面において隣接するトレンチの間に平坦な頂を備える必要は無く、トレンチ同士が重なり合う形状となっても、ソース電極20とn+型ソース領域4およびp+型ボディ領域5とが電気的接続を得ることができる。
According to the second embodiment, the
この構造によれば、トレンチの奥より、開口部の方が広いため、トレンチの奥までゲート材料を十分に充填させることが容易にできる。 According to this structure, since the opening is wider than the depth of the trench, it is easy to sufficiently fill the gate material to the depth of the trench.
[デバイスの製造方法]
本実施形態2に係るMOS FET101の製造工程を図を用いて説明する。図10および図11はこれを説明するための工程図である。実施形態2に係るMOS FET101の製造方法は、実施形態1に係るMOS FET100の製造方法とトレンチのエッチング方法が異なる。テーパを有するトレンチのエッチング方法には、トレンチ間隔に応じて2つの方法がある。
[Device manufacturing method]
A manufacturing process of the
フォトリソグラフィーのパターン転写解像度より基板上面におけるトレンチ間隔が広い場合、図10に示すようにトレンチ開口幅を規定するエッチングマスク50を配し、ドライエッチングを行う。このときのドライエッチングを、エッチング中のトレンチ側壁への保護膜形成作用が高い条件で行うことにより、トレンチはエッチングマスクで規定される開口幅から、エッチングが進むほど狭くなるテーパ形状となる。
When the trench interval on the upper surface of the substrate is wider than the pattern transfer resolution of photolithography, an
一方、トレンチ間隔が狭く、基板上面に隣接トレンチとの間にもはやエッチングマスクを配置できない場合、エッチングを2段階に分けて行う。まず、図11(a)に示すように出来上がりのトレンチ開口幅より狭い開口パターンを有するエッチングマスク51を配し、異方性ドライエッチングを行う。このときのエッチング条件は、大きなテーパ角を形成させるものでなくてよい。次にエッチングマスク51を除去した後、図11(b)に示すように、等方性のドライエッチング方法であるケミカルドライエッチングにより、エッチングを行う。このケミカルドライエッチングでは、トレンチ開口に近いほどエッチングレートが早く、トレンチ奥ではエッチングレートが遅いため、トレンチの形状は7aからテーパ角度の大きい7b形状とすることができる。
On the other hand, when the trench interval is narrow and the etching mask can no longer be disposed between the upper surface of the substrate and the adjacent trench, etching is performed in two stages. First, as shown in FIG. 11A, an
1 基板、2 ドリフト領域、3 チャネル領域、4 ソース領域、5 ボディ領域、6 トレンチゲート、7 トレンチ、8 ゲート絶縁膜、9 ゲート、10 層間絶縁膜、20 ソース電極、21 ドレイン電極、30,50,51 エッチングマスク。 1 substrate, 2 drift region, 3 channel region, 4 source region, 5 body region, 6 trench gate, 7 trench, 8 gate insulating film, 9 gate, 10 interlayer insulating film, 20 source electrode, 21 drain electrode, 30, 50 , 51 Etching mask.
Claims (9)
n(p)型半導体基板の上面に形成されたn(p)型ドリフト領域と、
前記n(p)型ドリフト領域の上面に形成されたp(n)型チャネル領域と、前記p(n)型チャネル領域の上面に形成された電荷伝導領域と、
前記電荷伝導領域の上面に形成されたソース電極と、
前記ゲートと前記ソース電極とを絶縁する層間絶縁膜と、
を備え、
前記溝は、前記電荷伝導領域の上面から前記電荷伝導領域および前記p(n)型チャネル領域を貫き前記n(p)型ドリフト領域に達し、
前記層間絶縁膜は、前記溝内にあって、その上面は前記溝開口より下に位置し、
前記ソース電極は、前記溝の開口部を埋め、前記溝側壁において前記電荷伝導領域と電気的接続をすることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。 A trench gate type semiconductor device comprising a plurality of gates embedded in a trench through a gate insulating film,
an n (p) type drift region formed on the upper surface of the n (p) type semiconductor substrate;
A p (n) type channel region formed on the top surface of the n (p) type drift region, a charge conduction region formed on the top surface of the p (n) type channel region,
A source electrode formed on an upper surface of the charge conduction region;
An interlayer insulating film for insulating the gate and the source electrode;
With
The groove penetrates the charge conduction region and the p (n) type channel region from the upper surface of the charge conduction region and reaches the n (p) type drift region,
The interlayer insulating film is in the groove, and the upper surface thereof is located below the groove opening,
The trench gate type semiconductor device, wherein the source electrode fills the opening of the groove and is electrically connected to the charge conductive region on the side wall of the groove.
前記電荷伝導領域は、p(n)型ボディ領域とn(p)型ソース領域とから構成され、前記p(n)型ボディ領域とn(p)型ソース領域とは、当該電荷伝導層の下面から上面まで延在するとともに前記溝を横断することを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。 The trench gate type semiconductor device according to claim 1,
The charge conduction region is composed of a p (n) type body region and an n (p) type source region, and the p (n) type body region and the n (p) type source region are formed of the charge conduction layer. A trench gate type semiconductor device that extends from a lower surface to an upper surface and traverses the groove.
前記p(n)型ボディ領域とn(p)型ソース領域は、ストライプ状に形成されていることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。 The trench gate type semiconductor device according to claim 2,
The trench gate type semiconductor device, wherein the p (n) type body region and the n (p) type source region are formed in a stripe shape.
前記溝内に埋まった前記ソース電極の深さをDとし、前記電荷伝導層の上面における前記隣接するトレンチゲートの間隔をLとすると、D>Lであることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。 A trench gate type semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A trench gate type semiconductor device in which D> L, where D is a depth of the source electrode buried in the groove and L is an interval between the adjacent trench gates on the upper surface of the charge conductive layer. .
前記溝の側壁は底から開口部に向かって広がるテーパをなすことを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。 A trench gate type semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
A trench gate type semiconductor device, wherein a side wall of the groove has a taper extending from the bottom toward the opening.
n(p)型半導体基板にn(p)型ドリフト領域と、p(n)型チャネル領域と、n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]と、を順にエピタキシャル成長する工程と、
前記n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]に、当該n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]を貫く、p(n)型ボディ領域[n(p)型ソース領域]を形成する工程と、
前記前記n(p)型ソース領域とp(n)型ボディ領域をそれぞれ横断する溝を、前記p(n)型チャネル領域を貫き前記n(p)型ドリフト領域に達する深さまで形成する工程と、
前記溝の内壁に絶縁膜を形成する工程と、
前記溝内をp(n)型チャネル領域の上面を超える高さまで多結晶シリコンを充填させる工程と、
前記溝内の多結晶シリコン上に層間絶縁膜を堆積させる工程と、
前記層間絶縁膜を、所望の厚みであって、かつ、その上面が前記溝開口部より下となるようにエッチングする工程と、
前記溝の開口部を埋め、前記溝の内壁で前記p(n)型ボディ領域および前記n(p)型ソース領域と電気的接続をする、ソース電極を形成する工程と、
を含むトレンチゲート型半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a trench gate type semiconductor device comprising a plurality of gates embedded in a trench through a gate insulating film,
a step of epitaxially growing an n (p) type drift region, a p (n) type channel region, and an n (p) type source region [p (n) type body region] in order on an n (p) type semiconductor substrate; ,
The n (p) type source region [p (n) type body region] penetrates the n (p) type source region [p (n) type body region], and the p (n) type body region [n (p ) Type source region],
Forming trenches respectively traversing the n (p) type source region and the p (n) type body region to a depth reaching the n (p) type drift region through the p (n) type channel region; ,
Forming an insulating film on the inner wall of the groove;
Filling the trench with polycrystalline silicon to a height exceeding the upper surface of the p (n) channel region;
Depositing an interlayer insulating film on the polycrystalline silicon in the trench;
Etching the interlayer insulating film so as to have a desired thickness and an upper surface of the interlayer insulating film being lower than the groove opening;
Forming a source electrode that fills the opening of the groove and is electrically connected to the p (n) type body region and the n (p) type source region at the inner wall of the groove;
A method of manufacturing a trench gate type semiconductor device including:
前記p(n)型ボディ領域[n(p)型ソース領域]はストライプ状に形成されることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the trench gate type semiconductor device according to claim 6,
The method of manufacturing a trench gate type semiconductor device, wherein the p (n) type body region [n (p) type source region] is formed in a stripe shape.
前記層間絶縁膜は、前記n(p)型ソース領域[p(n)型ボディ領域]の上面における前記隣接するトレンチゲートの間隔より、前記溝開口から深くエッチングすることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a trench gate type semiconductor device according to claim 6 or 7,
The interlayer insulating film is etched deeper from the groove opening than an interval between the adjacent trench gates on the upper surface of the n (p) type source region [p (n) type body region]. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記溝を形成する工程は、エッチングマスクを配して異方性エッチング行う第1のエッチング工程と、
前記エッチングマスクを除去した後、等方性エッチングを行い、当該溝開口部を広げる第2のエッチング工程と、
を含むことを特徴とするトレンチゲート型半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a trench gate type semiconductor device according to any one of claims 6 to 8,
The step of forming the groove includes a first etching step in which an etching mask is provided and anisotropic etching is performed,
Removing the etching mask, and then performing isotropic etching to expand the groove opening,
A method of manufacturing a trench gate type semiconductor device, comprising:
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008042166A (en) * | 2006-07-12 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Vertical gate semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR100828270B1 (en) | 2005-06-22 | 2008-05-07 | 산요덴키가부시키가이샤 | Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof, and protection circuit for secondary battery |
JP2009224458A (en) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | New Japan Radio Co Ltd | Mosfet semiconductor device and manufacturing method therefor |
US7897461B2 (en) | 2007-09-21 | 2011-03-01 | Panasonic Corporation | Semiconductor device and method for fabricating the same |
WO2011033550A1 (en) * | 2009-09-15 | 2011-03-24 | 株式会社 東芝 | Semiconductor device |
WO2011117920A1 (en) * | 2010-03-24 | 2011-09-29 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing same |
JP2012009671A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Panasonic Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2019033283A (en) * | 2018-10-31 | 2019-02-28 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
WO2019117248A1 (en) * | 2017-12-14 | 2019-06-20 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
WO2024202942A1 (en) * | 2023-03-28 | 2024-10-03 | ローム株式会社 | Semiconductor device |
-
2003
- 2003-07-24 JP JP2003279293A patent/JP2005045123A/en active Pending
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100828270B1 (en) | 2005-06-22 | 2008-05-07 | 산요덴키가부시키가이샤 | Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof, and protection circuit for secondary battery |
JP2008042166A (en) * | 2006-07-12 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Vertical gate semiconductor device and method for manufacturing the same |
US7897461B2 (en) | 2007-09-21 | 2011-03-01 | Panasonic Corporation | Semiconductor device and method for fabricating the same |
JP2009224458A (en) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | New Japan Radio Co Ltd | Mosfet semiconductor device and manufacturing method therefor |
US8835934B2 (en) | 2009-09-15 | 2014-09-16 | Kabushiki Kaishia Toshiba | Semiconductor device |
JPWO2011033550A1 (en) * | 2009-09-15 | 2013-02-07 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
WO2011033550A1 (en) * | 2009-09-15 | 2011-03-24 | 株式会社 東芝 | Semiconductor device |
US9041173B2 (en) | 2009-09-15 | 2015-05-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
JP5739813B2 (en) * | 2009-09-15 | 2015-06-24 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
WO2011117920A1 (en) * | 2010-03-24 | 2011-09-29 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing same |
JP2012009671A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Panasonic Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
WO2019117248A1 (en) * | 2017-12-14 | 2019-06-20 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
JPWO2019117248A1 (en) * | 2017-12-14 | 2020-04-02 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
US11043582B2 (en) | 2017-12-14 | 2021-06-22 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
US11710784B2 (en) | 2017-12-14 | 2023-07-25 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device with interlayer dielectric film |
JP2019033283A (en) * | 2018-10-31 | 2019-02-28 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
WO2024202942A1 (en) * | 2023-03-28 | 2024-10-03 | ローム株式会社 | Semiconductor device |
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