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JP2020129622A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2020129622A
JP2020129622A JP2019022122A JP2019022122A JP2020129622A JP 2020129622 A JP2020129622 A JP 2020129622A JP 2019022122 A JP2019022122 A JP 2019022122A JP 2019022122 A JP2019022122 A JP 2019022122A JP 2020129622 A JP2020129622 A JP 2020129622A
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gate
trench
insulating film
semiconductor wafer
polysilicon layer
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JP2019022122A
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Japanese (ja)
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晴司 野口
Seishi Noguchi
晴司 野口
伊倉 巧裕
Yoshihiro Ikura
巧裕 伊倉
洋輔 桜井
Yosuke Sakurai
洋輔 桜井
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing a chip defect rate.SOLUTION: An insulating film 12 is formed from a front surface of a semiconductor wafer 1 to an inner wall of a trench 11. Next, a polysilicon layer 20 is deposited on the insulating film 12 to fill the inside of the trench 11 with the polysilicon layer 20. Next, the polysilicon layer 20 is selectively removed so that a first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 which will be a gate electrode 13 forming a trench gate structure is left inside the trench 11. At this time, the position of the upper end of the first gate portion 21 is set to be lower than an upper corner portion 11a of the trench 11 so that the upper corner portion 11a of the trench 11 is not covered with the polysilicon layer 20. In this state, a predetermined voltage is applied to the insulating film 12 via the first gate portion 21 to screen the insulating film 12. After that, remaining portions such as an interlayer insulating film, a front surface electrode and a back surface electrode are formed.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device.

従来、半導体基板(半導体チップ)に形成されたトレンチ(以下、ゲートトレンチとする)内にMOSゲート(金属−酸化膜−半導体の3層構造からなる絶縁ゲート)が埋め込まれたトレンチゲートを備えたトレンチゲート型半導体装置では、ゲートトレンチの内壁に沿って形成されたゲート絶縁膜に所定電圧を印加して、ゲート絶縁膜の経時破壊現象を観察することで、ゲート絶縁膜の信頼性を評価する耐圧試験(スクリーニング)を行うことが公知である。 Conventionally, a trench gate in which a MOS gate (insulated gate having a three-layer structure of metal-oxide film-semiconductor) is embedded in a trench (hereinafter referred to as a gate trench) formed in a semiconductor substrate (semiconductor chip) is provided. In the trench gate type semiconductor device, the reliability of the gate insulating film is evaluated by applying a predetermined voltage to the gate insulating film formed along the inner wall of the gate trench and observing the time-dependent breakdown phenomenon of the gate insulating film. It is known to perform a pressure resistance test (screening).

従来のトレンチゲート型半導体装置の製造方法について説明する。図16は、従来の半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。図17は、図16の切断線AA−AA’における断面構造を示す断面図である。図16には、従来のトレンチゲート型半導体装置のトレンチゲート110の形成途中の状態を半導体ウエハ101のおもて面側から見たレイアウトを示す。トレンチゲート110は、ゲートトレンチ111の内部にゲート絶縁膜112を介してゲート電極113が設けられた構成を有する。 A conventional method of manufacturing a trench gate type semiconductor device will be described. FIG. 16 is a plan view showing a state in the middle of manufacturing a conventional semiconductor device. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the section line AA-AA′ in FIG. 16. FIG. 16 shows a layout of the conventional trench gate type semiconductor device in the process of forming the trench gate 110 as seen from the front surface side of the semiconductor wafer 101. The trench gate 110 has a structure in which a gate electrode 113 is provided inside a gate trench 111 with a gate insulating film 112 interposed therebetween.

まず、半導体ウエハ101のおもて面側に、素子構造を構成する所定の半導体領域(不図示)を形成する。次に、半導体ウエハ101のおもて面から所定深さのゲートトレンチ111を形成する。次に、ゲートトレンチ111の内壁および半導体ウエハ101のおもて面に沿ってゲート絶縁膜112を形成する。次に、ゲートトレンチ111の内部を埋め込むように、ゲート絶縁膜112上に、ゲート電極113となるポリシリコン層120を堆積する。ポリシリコン層120は、半導体ウエハ101のおもて面上にも堆積される。 First, a predetermined semiconductor region (not shown) forming the element structure is formed on the front surface side of the semiconductor wafer 101. Next, the gate trench 111 having a predetermined depth is formed from the front surface of the semiconductor wafer 101. Next, the gate insulating film 112 is formed along the inner wall of the gate trench 111 and the front surface of the semiconductor wafer 101. Next, a polysilicon layer 120 to be the gate electrode 113 is deposited on the gate insulating film 112 so as to fill the inside of the gate trench 111. The polysilicon layer 120 is also deposited on the front surface of the semiconductor wafer 101.

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりポリシリコン層120を選択的に除去して、ポリシリコン層120のチップ部121、パッド部122および連結部123となる部分を残す。ポリシリコン層120のチップ部121は、ポリシリコン層120のうち、半導体ウエハ101のダイシング(切断)後に半導体チップとなる領域(以下、チップ領域とする)102の全面をそれぞれ覆う部分であり、半導体ウエハ101のチップ領域102と同数存在する。 Next, the polysilicon layer 120 is selectively removed by photolithography and etching to leave the portions of the polysilicon layer 120 to be the chip portion 121, the pad portion 122, and the connecting portion 123. The chip portion 121 of the polysilicon layer 120 is a portion of the polysilicon layer 120 that covers the entire surface of a region (hereinafter, referred to as a chip region) 102 that becomes a semiconductor chip after dicing (cutting) the semiconductor wafer 101. There are as many chip areas 102 as there are wafers 101.

ポリシリコン層120のパッド部122は、ポリシリコン層120のうち、ゲート絶縁膜112のスクリーニング用の電極パッド(以下、試験用パッドとする)103として用いられる部分である。ポリシリコン層120のパッド部122は、チップ領域102ごとに設けられ、対となるチップ領域102付近に配置されている。ポリシリコン層120の連結部123は、ポリシリコン層120のうち、1対のチップ部121とパッド部122とを連結する部分である。ここまでの状態が図16,17に示されている。 The pad portion 122 of the polysilicon layer 120 is a portion of the polysilicon layer 120 that is used as an electrode pad (hereinafter referred to as a test pad) 103 for screening the gate insulating film 112. The pad portion 122 of the polysilicon layer 120 is provided for each chip region 102 and is arranged near the paired chip regions 102. The connecting portion 123 of the polysilicon layer 120 is a portion of the polysilicon layer 120 that connects the pair of chip portions 121 and the pad portion 122. The state up to this point is shown in FIGS.

次に、試験用パッド103にプローブを当てて当該プローブから、試験用パッド103を介して、ポリシリコン層120のチップ部121と半導体ウエハ101との間のゲート絶縁膜112に所定電圧を印加する。これによって、ポリシリコン層120の当該チップ部121に覆われた同一のチップ領域102内に形成されたすべてのゲートトレンチ111の内壁のゲート絶縁膜112のスクリーニングを同時に行う。このゲート絶縁膜112のスクリーニングを、半導体ウエハ101のすべてのチップ領域102に対して行う。 Next, a probe is applied to the test pad 103, and a predetermined voltage is applied from the probe to the gate insulating film 112 between the chip portion 121 of the polysilicon layer 120 and the semiconductor wafer 101 via the test pad 103. .. Thus, the gate insulating films 112 on the inner walls of all the gate trenches 111 formed in the same chip region 102 of the polysilicon layer 120 covered by the chip portion 121 are simultaneously screened. The screening of the gate insulating film 112 is performed on all the chip regions 102 of the semiconductor wafer 101.

次に、ポリシリコン層120をエッチバックして、ポリシリコン層120の、半導体ウエハ101のおもて面上の部分を除去する。これによって、ゲートトレンチ111の内部にのみ、ゲート電極113となるポリシリコン層120が残る。次に、半導体ウエハ101の両面にそれぞれおもて面電極および裏面電極を形成する。その後、半導体ウエハ101をスクライブライン104に沿ってダイシング(切断)することで、従来のトレンチゲート型半導体装置が完成する。 Next, the polysilicon layer 120 is etched back to remove the portion of the polysilicon layer 120 on the front surface of the semiconductor wafer 101. As a result, the polysilicon layer 120 to be the gate electrode 113 remains only inside the gate trench 111. Next, a front surface electrode and a back surface electrode are formed on both surfaces of the semiconductor wafer 101, respectively. After that, the semiconductor wafer 101 is diced (cut) along the scribe line 104 to complete the conventional trench gate type semiconductor device.

また、従来のトレンチゲート型半導体装置の別の製造方法として、ゲート電位以外の電位に接続されたゲート電極(以下、ダミーゲート電極とする)が絶縁膜(以下、ダミーゲート絶縁膜とする)を介してトレンチ(以下、ダミートレンチとする)の内部に埋め込まれたダミートレンチゲートを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、ゲート絶縁膜のスクリーニングと、ダミーゲート絶縁膜のスクリーニングと、を同時に行う方法が提案されている(例えば、下記特許文献1,2参照。)。 Further, as another method of manufacturing a conventional trench gate type semiconductor device, a gate electrode (hereinafter, referred to as a dummy gate electrode) connected to a potential other than the gate potential is an insulating film (hereinafter, referred to as a dummy gate insulating film). A method of manufacturing a trench gate type semiconductor device comprising a dummy trench gate embedded inside a trench (hereinafter, referred to as a dummy trench) via a gate insulating film screening, a dummy gate insulating film screening, There has been proposed a method of simultaneously performing (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below).

特開2015−207736号公報JP, 2005-207736, A 国際公開第2016/147529号International Publication No. 2016/147529

しかしながら、上述した従来の半導体装置の製造方法(図16,17参照)では、半導体ウエハ101のチップ領域102の全面がポリシリコン層120で覆われた状態で、ゲート絶縁膜112のスクリーニングを行う。ゲート絶縁膜112の、ゲートトレンチ111の上方コーナー部111aを覆う部分の破壊耐圧が低い場合、ゲート絶縁膜112のスクリーニング時に、ゲートトレンチ111の上方コーナー部111a付近で、トレンチゲート110の破壊(以下、ゲート破壊とする)が起きることが判明した(図15参照)。 However, in the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device (see FIGS. 16 and 17), the gate insulating film 112 is screened while the entire chip region 102 of the semiconductor wafer 101 is covered with the polysilicon layer 120. When the breakdown voltage of the portion of the gate insulating film 112 that covers the upper corner portion 111a of the gate trench 111 is low, the breakdown of the trench gate 110 near the upper corner portion 111a of the gate trench 111 (hereinafter , Gate breakdown) has occurred (see FIG. 15).

このようにゲート破壊が起きると、ポリシリコン層120やゲート絶縁膜112の破片が周囲に飛散し、半導体ウエハ101のおもて面内の広範囲に付着して異物となる。このため、ゲート破壊が起きたチップ領域102だけでなく、同一の半導体ウエハ101の他のチップ領域102が当該異物により不良になる虞がある。また、ゲート破壊が生じた半導体ウエハ101から飛散した破片が製造装置を介して他の半導体ウエハ101に付着し、他の半導体ウエハ101でチップ不良率が増加する虞がある(コンタミネーション)。 When the gate breakdown occurs in this manner, fragments of the polysilicon layer 120 and the gate insulating film 112 scatter around and adhere to a wide area within the front surface of the semiconductor wafer 101 to become a foreign substance. Therefore, not only the chip region 102 in which the gate breakdown has occurred, but also the other chip regions 102 of the same semiconductor wafer 101 may become defective due to the foreign matter. Further, fragments scattered from the semiconductor wafer 101 in which the gate is broken may adhere to another semiconductor wafer 101 via the manufacturing apparatus, and the chip defect rate may increase in the other semiconductor wafer 101 (contamination).

また、ゲート絶縁膜112のスクリーニングでは、半導体ウエハ101側からゲート絶縁膜112を通過してポリシリコン層120のチップ部121(ゲート電極113)へ向って流れるゲート電流が基準値を超えた場合に、そのゲート絶縁膜112を有するチップ領域102が不良と判定される。しかしながら、本来スクリーニングで不良と判定されるチップ領域102がゲート電流の流れない電気的にオープンな状態(開放された状態)になっていた場合、誤って良品と判定されてしまうという問題が生じた。 In the screening of the gate insulating film 112, when the gate current flowing from the semiconductor wafer 101 side toward the chip portion 121 (gate electrode 113) of the polysilicon layer 120 exceeds the reference value. The chip region 102 having the gate insulating film 112 is determined to be defective. However, if the chip region 102 originally determined to be defective in the screening is in an electrically open state (open state) in which no gate current flows, there is a problem that it is erroneously determined to be a good product. ..

上記特許文献1では、半導体ウエハのおもて面側の素子構造をすべて形成した後に、異なる電極パッドおよび異なるゲートランナーを介してゲート絶縁膜およびダミーゲート絶縁膜にそれぞれ所定電圧を印加してスクリーニングを行っている。このため、電極パッドとゲート絶縁膜との間、および、電極パッドとダミーゲート絶縁膜との間、にそれぞれ生じるCR(容量・抵抗)成分差によりゲート絶縁膜およびダミーゲート絶縁膜の評価のタイミングにずれが生じてしまい、スクリーニングの信頼性が低くなる虞がある。 In Patent Document 1, after forming all the element structures on the front surface side of the semiconductor wafer, screening is performed by applying a predetermined voltage to each of the gate insulating film and the dummy gate insulating film via different electrode pads and different gate runners. It is carried out. Therefore, the timing of evaluating the gate insulating film and the dummy gate insulating film is determined by the CR (capacitance/resistance) component difference generated between the electrode pad and the gate insulating film and between the electrode pad and the dummy gate insulating film. Therefore, there is a risk that the reliability of screening will be reduced.

上記特許文献2では、上述した従来の半導体装置の製造方法(図16,17参照)と同様に、半導体ウエハのおもて面側の素子構造の製造途中に、半導体ウエハのチップ領域の全面がポリシリコン層で覆われた状態で、当該ポリシリコン層のゲート電極となる部分およびダミーゲート電極となる部分と半導体ウエハとの間の各絶縁膜に同時に所定電圧を印加し、当該絶縁膜のスクリーニングを行っている。このため、絶縁膜のスクリーニング時に、従来の半導体装置の製造方法と同様の問題が生じる虞がある。 In Patent Document 2, as in the above-described conventional method of manufacturing a semiconductor device (see FIGS. 16 and 17), during the manufacture of the element structure on the front surface side of the semiconductor wafer, the entire chip region of the semiconductor wafer is In a state of being covered with the polysilicon layer, a predetermined voltage is simultaneously applied to each insulating film between a portion of the polysilicon layer to be a gate electrode and a portion of the dummy gate electrode and the semiconductor wafer to screen the insulating film. It is carried out. Therefore, the same problem as in the conventional semiconductor device manufacturing method may occur during the screening of the insulating film.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、チップ不良率を低減させることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing a chip defect rate in order to solve the above-mentioned problems of the conventional technique.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、トレンチゲート構造を備えた半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。半導体ウエハの第1主面側に、前記トレンチゲート構造を構成する所定の半導体領域を形成する第1工程を行う。前記半導体ウエハの第1主面から所定深さのトレンチを形成する第2工程を行う。前記半導体ウエハの第1主面から前記トレンチの内壁にわたって絶縁膜を形成する第3工程を行う。前記絶縁膜の上に導電体層を堆積して、前記トレンチの内部を前記導電体層で埋める第4工程を行う。前記導電体層を選択的に除去して、前記導電体層のうち、前記トレンチゲート構造を構成するゲート電極となる部分を前記トレンチの内部に残す第5工程を行う。前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に所定電圧を印加して耐圧試験を行う第6工程を行う。前記第6工程の後、前記半導体ウエハの第1主面に、前記半導体領域に電気的に接続された第1電極を形成する第7工程を行う。前記第6工程の後、前記半導体ウエハの第2主面に第2電極を形成する第8工程を行う。前記第5工程では、前記ゲート電極の上端の位置を、前記トレンチの上方のコーナー部よりも低い位置にする。 In order to solve the problems described above and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a trench gate structure, and has the following features. A first step of forming a predetermined semiconductor region forming the trench gate structure on the first main surface side of the semiconductor wafer is performed. A second step of forming a trench having a predetermined depth from the first main surface of the semiconductor wafer is performed. A third step of forming an insulating film from the first main surface of the semiconductor wafer to the inner wall of the trench is performed. A fourth step of depositing a conductor layer on the insulating film and filling the inside of the trench with the conductor layer is performed. A fifth step is performed in which the conductor layer is selectively removed, and a portion of the conductor layer that will be a gate electrode forming the trench gate structure is left inside the trench. A sixth step of performing a withstand voltage test by applying a predetermined voltage to the insulating film through the gate electrode is performed. After the sixth step, a seventh step of forming a first electrode electrically connected to the semiconductor region on the first main surface of the semiconductor wafer is performed. After the sixth step, an eighth step of forming a second electrode on the second main surface of the semiconductor wafer is performed. In the fifth step, the upper end of the gate electrode is located at a position lower than the upper corner of the trench.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2工程では、複数の前記トレンチを形成する。前記第5工程では、前記導電体層のうち、すべての前記トレンチの内部の前記ゲート電極に電気的に接続された電極パッドとなる部分を前記半導体ウエハのスクライブラインに残す。前記第6工程では、前記電極パッドおよび前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に前記所定電圧を印加することを特徴とする。 Further, in the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, the plurality of trenches are formed in the second step. In the fifth step, a portion of the conductor layer, which will be an electrode pad electrically connected to the gate electrode inside all the trenches, is left on a scribe line of the semiconductor wafer. In the sixth step, the predetermined voltage is applied to the insulating film through the electrode pad and the gate electrode.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記トレンチゲート構造は、素子の制御に寄与する第1トレンチゲート構造と、素子の制御に寄与しない第2トレンチゲート構造と、を有する。前記第6工程の後、前記第7工程の前に、前記導電体層の残部を選択的に除去する第9工程をさらに行う。前記第9工程では、前記ゲート電極を、前記第1トレンチゲート構造を構成する第1ゲート電極と、前記第2トレンチゲート構造を構成する第2ゲート電極と、に分離することを特徴とする。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the trench gate structure includes a first trench gate structure that contributes to control of an element, and a second trench gate structure that does not contribute to control of the element. Have. After the sixth step and before the seventh step, a ninth step of selectively removing the remaining portion of the conductor layer is further performed. In the ninth step, the gate electrode is divided into a first gate electrode forming the first trench gate structure and a second gate electrode forming the second trench gate structure.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2工程では、複数の前記トレンチを形成する。前記第5工程では、前記導電体層のうち、すべての前記トレンチの内部の前記ゲート電極に連結されたゲート配線層となる部分を残す。前記第6工程では、前記ゲート配線層および前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に前記所定電圧を印加する。前記第9工程では、前記第2ゲート電極と前記ゲート配線層との連結部を除去することを特徴とする。 Further, in the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, the plurality of trenches are formed in the second step. In the fifth step, a portion of the conductor layer, which will be a gate wiring layer connected to the gate electrodes inside all the trenches, is left. In the sixth step, the predetermined voltage is applied to the insulating film via the gate wiring layer and the gate electrode. In the ninth step, the connecting portion between the second gate electrode and the gate wiring layer is removed.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第5工程では、前記導電体層のうち、前記ゲート配線層に連結された電極パッドとなる部分を、前記ゲート配線層から離して前記半導体ウエハのスクライブラインに残す。前記第6工程では、前記電極パッド、前記ゲート配線層および前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に前記所定電圧を印加することを特徴とする。 Also, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-mentioned invention, in the fifth step, a portion of the conductor layer that becomes an electrode pad connected to the gate wiring layer is formed into the gate wiring layer. And leave it on the scribe line of the semiconductor wafer. In the sixth step, the predetermined voltage is applied to the insulating film via the electrode pad, the gate wiring layer, and the gate electrode.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第5工程では、前記ゲート電極の上端の位置を、前記トレンチの上方のコーナー部の曲率部よりも低い位置にすることを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-mentioned invention, in the fifth step, a position of an upper end of the gate electrode is set to a position lower than a curvature portion of a corner portion above the trench. Is characterized by.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第5工程では、前記ゲート電極の上端の位置を、前記半導体ウエハの第1主面から0.1μm以上0.5μm以下だけ低い深さにすることを特徴とする。 In addition, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-mentioned invention, in the fifth step, the position of the upper end of the gate electrode is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less from the first main surface of the semiconductor wafer. It is characterized by making the depth as low as possible.

上述した発明によれば、絶縁膜のスクリーニング時、トレンチの上方コーナー部がほぼポリシリコン層で覆われていないため、絶縁膜のスクリーニング(第6工程)時に、絶縁膜の、トレンチの上方コーナー部上の部分に電圧が印加されない。これにより、ゲート破壊が発生したチップ領域以外のチップ領域への異物の飛散を抑制することができ、半導体ウエハの面内での異物の発生を低減させることができる。 According to the above-mentioned invention, since the upper corner portion of the trench is not covered with the polysilicon layer at the time of screening the insulating film, the upper corner portion of the trench of the insulating film is covered at the time of screening the insulating film (sixth step). No voltage is applied to the upper part. As a result, it is possible to suppress the scattering of foreign matter to the chip area other than the chip area where the gate breakdown has occurred, and to reduce the generation of foreign matter within the surface of the semiconductor wafer.

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、チップ不良率を低減させることができるという効果を奏する。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention has the effect of reducing the chip defect rate.

実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。3 is a plan view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。3 is a plan view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。3 is a plan view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。3 is a plan view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。3 is a plan view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 2; 図11の切断線D−D’における断面構造を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the section line D-D′ of FIG. 11. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a condition partway through the manufacture of the semiconductor device according to Embodiment 2; 実施例の製造途中の状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state in the middle of manufacture of an Example. 従来例の製造途中の状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state in the middle of manufacture of a prior art example. 従来の半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。It is a top view showing the state in the middle of manufacture of the conventional semiconductor device. 図16の切断線AA−AA’における断面構造を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the section line AA-AA′ in FIG. 16.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, electrons or holes are the majority carriers in the layers or regions prefixed with n or p. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and the impurity concentration is lower than that of the layer or region not attached thereto, respectively. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について、トレンチゲートおよびダミートレンチゲートを備えたトレンチゲート型半導体装置を例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。図2,6〜8,10は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。図3〜5,9は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
(Embodiment 1)
A method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described by taking a trench gate type semiconductor device including a trench gate and a dummy trench gate as an example. FIG. 1 is a flowchart showing an outline of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 2, 6 to 8 and 10 are plan views showing a state in which the semiconductor device according to the first embodiment is being manufactured. 3 to 5 and 9 are cross-sectional views showing a state in which the semiconductor device according to the first embodiment is being manufactured.

図2,6には、半導体ウエハ1をおもて面(第1主面)側から見たレイアウトを示す。図6では、同一のチップ領域2内に配置されるポリシリコン層20の第1〜3ゲート部21〜23および第2連結部26のパターンを図示省略し、1つの矩形状のハッチングで示す。図6では、ポリシリコン層20のパッド部24および第1連結部25を図示省略する。図5〜10では、ポリシリコン層20にハッチングを付している(図11〜15においても同様)。 2 and 6 show layouts of the semiconductor wafer 1 viewed from the front surface (first main surface) side. In FIG. 6, the patterns of the first to third gate portions 21 to 23 and the second connecting portion 26 of the polysilicon layer 20 arranged in the same chip region 2 are not shown and are shown by one rectangular hatching. In FIG. 6, the pad portion 24 and the first connecting portion 25 of the polysilicon layer 20 are omitted from the drawing. 5 to 10, the polysilicon layer 20 is hatched (the same applies to FIGS. 11 to 15).

図7,8,10には、実施の形態1にかかる半導体装置のトレンチゲート10およびダミートレンチゲート10’(図9参照)の形成途中の状態を半導体ウエハ1のおもて面側から見たレイアウトを示す。図7には、図6の矩形枠A内を拡大して示す。図8,10には、図7の矩形枠B内を拡大して示す。図3〜5,9は、半導体ウエハ1の同一箇所(チップ領域2の一部)を示す。図9には、図8の切断線C−C’における断面構造を示す。 FIGS. 7, 8 and 10 show a state in which the trench gate 10 and the dummy trench gate 10 ′ (see FIG. 9) of the semiconductor device according to the first embodiment are in the process of being viewed from the front surface side of the semiconductor wafer 1. The layout is shown. FIG. 7 shows an enlarged view of the inside of the rectangular frame A of FIG. 8 and 10, the inside of the rectangular frame B of FIG. 7 is enlarged. 3 to 5 and 9 show the same portion of the semiconductor wafer 1 (a part of the chip region 2). FIG. 9 shows a cross-sectional structure taken along the section line C-C′ of FIG. 8.

トレンチゲート10は、ゲートトレンチ31aの内部にゲート絶縁膜32aを介してゲート電位のゲート電極33aが設けられた構成を有する。ダミートレンチゲート10’は、ダミートレンチ31bの内部にダミーゲート絶縁膜32bを介して、ゲート電位以外の電位(例えばエミッタ電位)のダミーゲート電極33bが設けられた構成を有する。ダミートレンチゲート10’は、トレンチゲート10と同じ寸法であってもよい。 The trench gate 10 has a structure in which a gate electrode 33a having a gate potential is provided inside the gate trench 31a via a gate insulating film 32a. The dummy trench gate 10' has a structure in which a dummy gate electrode 33b having a potential other than the gate potential (for example, an emitter potential) is provided inside the dummy trench 31b via a dummy gate insulating film 32b. The dummy trench gate 10 ′ may have the same size as the trench gate 10.

まず、一般的な方法により、半導体ウエハ1のおもて面側に、素子構造を構成する所定の半導体領域(不図示)を形成する(ステップS1:第1工程)。所定の半導体領域とは、後述するトレンチ11間(メサ領域)に配置されるp型またはn型の複数の半導体領域である。これらメサ領域に配置される複数の半導体領域により、トレンチ11の側壁に沿った部分をチャネル(反転層)とするトレンチゲート構造が構成される。 First, a predetermined semiconductor region (not shown) forming an element structure is formed on the front surface side of the semiconductor wafer 1 by a general method (step S1: first step). The predetermined semiconductor region is a plurality of p-type or n-type semiconductor regions arranged between trenches 11 (mesa regions) described later. A plurality of semiconductor regions arranged in these mesa regions form a trench gate structure having a channel (inversion layer) along the sidewall of the trench 11.

具体的には、例えば実施の形態1にかかる半導体装置がnチャネル型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)である場合、半導体ウエハ1はn-型であり、n-型ドリフト領域を構成する。素子構造を構成する複数の半導体領域は、p型ベース領域、n+型エミッタ領域およびp+型コンタクト領域である。 Specifically, for example, a semiconductor device is n-channel type IGBT according to the first embodiment: the case of (Insulated Gate Bipolar Transistor insulated gate bipolar transistor), the semiconductor wafer 1 the n - is the type, n - -type drift region Make up. The plurality of semiconductor regions forming the device structure are a p-type base region, an n + -type emitter region, and a p + -type contact region.

この素子構造を構成する所定の半導体領域は、半導体ウエハ1のダイシング(切断)後に半導体チップとなる領域(チップ領域)2の活性領域にそれぞれ形成される。半導体ウエハ1のチップ領域2は、例えば、略矩形状の平面形状を有し、マトリクス状に複数配置されている。チップ領域2の周囲は、スクライブライン4に囲まれている(図2)。活性領域は、素子がオン状態のときに主電流が流れる領域である。 Predetermined semiconductor regions forming this element structure are formed in active regions of regions (chip regions) 2 that will become semiconductor chips after the dicing (cutting) of the semiconductor wafer 1. The chip area 2 of the semiconductor wafer 1 has, for example, a substantially rectangular planar shape, and is arranged in a matrix. The periphery of the chip region 2 is surrounded by the scribe line 4 (FIG. 2). The active region is a region in which the main current flows when the device is in the ON state.

チップ領域2の内部において、活性領域の周囲はエッジ終端領域に囲まれている。エッジ終端領域は、活性領域とチップ領域2の端部(半導体チップの端部)との間の領域であり、半導体チップのおもて面側の電界を緩和して耐圧を保持する領域である。エッジ終端領域には、例えば、フィールドリミッティングリング(FLR:Field Limiting Ring)やフィールドプレートなどの耐圧構造が配置される。 Inside the chip region 2, the periphery of the active region is surrounded by the edge termination region. The edge termination region is a region between the active region and the end of the chip region 2 (end of the semiconductor chip), and is a region that relaxes the electric field on the front surface side of the semiconductor chip to maintain the breakdown voltage. .. In the edge termination region, for example, a pressure resistant structure such as a field limiting ring (FLR) or a field plate is arranged.

次に、図3に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、半導体ウエハ1のチップ領域2に、半導体ウエハ1のおもて面から所定深さの複数のトレンチ11を形成する(ステップS2:第2工程)。ステップS2において、トレンチ11の上方コーナー部11aは、所定曲率の円弧状に丸められている。トレンチ11の上方コーナー部11aとは、半導体ウエハ1のおもて面とトレンチ11の側壁との境界である。 Next, as shown in FIG. 3, a plurality of trenches 11 having a predetermined depth from the front surface of the semiconductor wafer 1 are formed in the chip region 2 of the semiconductor wafer 1 by photolithography and etching (step S2: first). 2 steps). In step S2, the upper corner portion 11a of the trench 11 is rounded into an arc shape having a predetermined curvature. The upper corner portion 11 a of the trench 11 is a boundary between the front surface of the semiconductor wafer 1 and the sidewall of the trench 11.

複数のトレンチ11は、例えば、半導体ウエハ1のおもて面に平行な方向(以下、第1方向とする)Xに延在するストライプ状に配置される。これら複数のトレンチ11のうち、1つ以上のトレンチ11がゲートトレンチ31aであり、残りのトレンチ11がダミートレンチ31bである(図8参照)。ゲートトレンチ31aは、同一のチップ領域2内において第1方向Xへ延在して、活性領域からエッジ終端領域に達する。 The plurality of trenches 11 are, for example, arranged in a stripe shape extending in a direction (hereinafter, referred to as a first direction) X parallel to the front surface of the semiconductor wafer 1. One or more of the plurality of trenches 11 are gate trenches 31a, and the remaining trenches 11 are dummy trenches 31b (see FIG. 8). The gate trench 31a extends in the first direction X in the same chip region 2 and reaches the edge termination region from the active region.

ゲートトレンチ31aは、ダミートレンチ31bの端部よりも外側(チップ領域2の端部側)まで延在している。すなわち、ダミートレンチ31bは、同一のチップ領域2内において活性領域内で終端している。ゲートトレンチ31aとダミートレンチ31bとは、半導体ウエハ1のおもて面に平行な方向でかつ第1方向Xと直交する方向(以下、第2方向とする)Yに交互に繰り返し配置されていてもよい。 The gate trench 31a extends to the outside (the end portion side of the chip region 2) beyond the end portion of the dummy trench 31b. That is, the dummy trenches 31b terminate in the active region within the same chip region 2. The gate trenches 31a and the dummy trenches 31b are alternately and repeatedly arranged in a direction parallel to the front surface of the semiconductor wafer 1 and in a direction (hereinafter, referred to as a second direction) Y orthogonal to the first direction X. Good.

次に、図4に示すように、トレンチ11の内壁および半導体ウエハ1のおもて面を例えば熱酸化して、トレンチ11の内壁および半導体ウエハ1のおもて面に沿って絶縁膜12を形成する(ステップS3:第3工程)。この絶縁膜12の、ゲートトレンチ31aの内壁に沿って形成された部分がゲート絶縁膜32aであり、ダミートレンチ31bの内壁に沿って形成された部分がダミーゲート絶縁膜32bである(図8参照)。 Next, as shown in FIG. 4, the inner wall of the trench 11 and the front surface of the semiconductor wafer 1 are, for example, thermally oxidized to form the insulating film 12 along the inner wall of the trench 11 and the front surface of the semiconductor wafer 1. It forms (step S3: 3rd process). The portion of the insulating film 12 formed along the inner wall of the gate trench 31a is the gate insulating film 32a, and the portion formed along the inner wall of the dummy trench 31b is the dummy gate insulating film 32b (see FIG. 8). ).

次に、図5に示すように、トレンチ11の内部を埋め込むように、絶縁膜12上に、ゲート電極13となる導電体層としてポリシリコン(poly−Si)層20を堆積する(ステップS4:第4工程)。このポリシリコン層20は、半導体ウエハ1のおもて面上にも堆積される。次に、図6〜9に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、ポリシリコン層20を選択的に除去して所定部分にのみ残す(ステップS5:第5工程)。 Next, as shown in FIG. 5, a polysilicon (poly-Si) layer 20 is deposited as a conductor layer to be the gate electrode 13 on the insulating film 12 so as to fill the inside of the trench 11 (step S4: Fourth step). This polysilicon layer 20 is also deposited on the front surface of the semiconductor wafer 1. Next, as shown in FIGS. 6 to 9, the polysilicon layer 20 is selectively removed by photolithography and etching and left only in a predetermined portion (step S5: fifth step).

ステップS5の処理において残るポリシリコン層20の所定部分とは、第1〜3ゲート部21〜23、パッド部24および第1,2連結部25,26である。第1〜3ゲート部21〜23および第2連結部26の1組分が半導体ウエハ1の各チップ領域2にそれぞれ配置される(図6)。ポリシリコン層20の第1ゲート部21は、ポリシリコン層20のうち、トレンチ11内の部分であり、トレンチ11と同じパターンで残る(図7)。 The predetermined portions of the polysilicon layer 20 remaining in the process of step S5 are the first to third gate portions 21 to 23, the pad portion 24, and the first and second connecting portions 25 and 26. One set of the first to third gate portions 21 to 23 and the second connecting portion 26 is arranged in each chip region 2 of the semiconductor wafer 1 (FIG. 6). The first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 is a portion of the polysilicon layer 20 inside the trench 11 and remains in the same pattern as the trench 11 (FIG. 7).

また、ポリシリコン層20の第1ゲート部21の上端は、トレンチ11の上方コーナー部11aの曲率部よりも下方に位置する(図9)。ポリシリコン層20の第1ゲート部21の上端とは、トレンチ11の側壁に沿って最も上方へ突出した部分である。半導体ウエハ1のおもて面からポリシリコン層20の第1ゲート部21の上端までの深さdは、0.1μm以上0.5μm以下程度の範囲内にあることがよい。 Further, the upper end of the first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 is located below the curved portion of the upper corner portion 11a of the trench 11 (FIG. 9). The upper end of the first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 is a portion that protrudes most upward along the sidewall of the trench 11. The depth d from the front surface of the semiconductor wafer 1 to the upper end of the first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 is preferably in the range of 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.

半導体ウエハ1のおもて面からポリシリコン層20の第1ゲート部21の上端までの深さdは、半導体ウエハ1の面内で異なっており、半導体ウエハ1の外周部に近いほど深くなっている。ポリシリコン層20の第1ゲート部21の、ゲートトレンチ31a内の部分でゲート電極33aが構成され、ダミートレンチ31b内の部分でダミーゲート電極33bが構成される。 The depth d from the front surface of the semiconductor wafer 1 to the upper end of the first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 is different in the surface of the semiconductor wafer 1, and becomes deeper toward the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 1. ing. A portion of the first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 in the gate trench 31a constitutes a gate electrode 33a, and a portion in the dummy trench 31b constitutes a dummy gate electrode 33b.

すなわち、ステップS5の処理において、ゲートトレンチ31aの内部にゲート絶縁膜32aを介してゲート電極33aが埋め込まれたトレンチゲート10が形成される。ダミートレンチ31bの内部にダミーゲート絶縁膜32bを介してダミーゲート電極33bが埋め込まれたダミートレンチゲート10’が形成される。図9には、ゲート電極33aまたはダミーゲート電極33bとして機能するゲート電極をまとめて符号13で示す。 That is, in the process of step S5, the trench gate 10 in which the gate electrode 33a is embedded inside the gate trench 31a via the gate insulating film 32a is formed. A dummy trench gate 10' in which a dummy gate electrode 33b is embedded is formed inside the dummy trench 31b via a dummy gate insulating film 32b. In FIG. 9, the gate electrodes functioning as the gate electrode 33a or the dummy gate electrode 33b are collectively denoted by reference numeral 13.

ポリシリコン層20の第2ゲート部22は、ポリシリコン層20のうち、エッジ終端領域に配置されて、活性領域の周囲を囲む部分である(図7)。ポリシリコン層20の第2ゲート部22は、半導体ウエハ1のおもて面上に、フィールド酸化膜(不図示)を介して設けられ、ゲートランナー(ゲート配線層)を構成する。ポリシリコン層20の第2ゲート部22には、同一のチップ領域2内のすべての第1ゲート部21が連結されている。 The second gate portion 22 of the polysilicon layer 20 is a portion of the polysilicon layer 20, which is disposed in the edge termination region and surrounds the periphery of the active region (FIG. 7). The second gate portion 22 of the polysilicon layer 20 is provided on the front surface of the semiconductor wafer 1 via a field oxide film (not shown) and constitutes a gate runner (gate wiring layer). All the first gate portions 21 in the same chip region 2 are connected to the second gate portion 22 of the polysilicon layer 20.

ポリシリコン層20の第2ゲート部22は、深さ方向Zに、ゲートトレンチ31aの端部(トレンチ11の端部)に対向し、ゲートトレンチ31a内の第1ゲート部21と連結されている。第2ゲート部22は、ダミートレンチ31bの端部(トレンチ11の端部)には対向していないため、第2連結部26により、ダミートレンチ31b内の第1ゲート部21と連結されている(図8)。図8中に細かい破線で、第2ゲート部22の下に延びるトレンチ11の端部を示す(図10においても同様)。 The second gate portion 22 of the polysilicon layer 20 faces the end portion of the gate trench 31a (end portion of the trench 11) in the depth direction Z and is connected to the first gate portion 21 in the gate trench 31a. .. Since the second gate portion 22 does not face the end portion of the dummy trench 31b (end portion of the trench 11), the second gate portion 22 is connected to the first gate portion 21 in the dummy trench 31b by the second connecting portion 26. (FIG. 8). In FIG. 8, a fine broken line shows an end portion of the trench 11 extending below the second gate portion 22 (the same applies to FIG. 10).

ポリシリコン層20の第3ゲート部23は、ポリシリコン層20のうち、例えばチップ領域2の中心を通る直線状の部分である(図7)。ポリシリコン層20の第3ゲート部23は、半導体ウエハ1のおもて面上に、フィールド酸化膜(不図示)を介して設けられ、ゲートフィンガー(ゲート配線層)を構成する。ポリシリコン層20の第3ゲート部23には、第2ゲート部22と同様に、同一のチップ領域2内のすべての第1ゲート部21が連結されている。 The third gate portion 23 of the polysilicon layer 20 is, for example, a linear portion of the polysilicon layer 20 that passes through the center of the chip region 2 (FIG. 7). The third gate portion 23 of the polysilicon layer 20 is provided on the front surface of the semiconductor wafer 1 via a field oxide film (not shown) and constitutes a gate finger (gate wiring layer). Similar to the second gate portion 22, all the first gate portions 21 in the same chip region 2 are connected to the third gate portion 23 of the polysilicon layer 20.

すなわち、第3ゲート部23は、深さ方向Zに、ゲートトレンチ31aの内部の第1ゲート部21の、第2ゲート部22に連結された一端に対して他端となる端部に連結されている。図示省略するが、第3ゲート部23は、第2連結部26により、ダミートレンチ31b内の第1ゲート部21の、第2ゲート部22に連結された一端に対して他端となる端部と連結されている。 That is, the third gate part 23 is connected to the end of the first gate part 21 inside the gate trench 31a in the depth direction Z, which is the other end of the first gate part 21 connected to the second gate part 22. ing. Although not shown, the third gate portion 23 is an end portion of the first gate portion 21 in the dummy trench 31b that is the other end of the first gate portion 21 connected to the second gate portion 22 by the second connecting portion 26. Is connected with.

ポリシリコン層20のパッド部24は、ポリシリコン層20のうち、後述する絶縁膜12のスクリーニング用の電極パッド(以下、試験用パッドとする)3として用いられる部分である(図7)。ポリシリコン層20のパッド部24は、チップ領域2ごとに設けられ、対となるチップ領域2付近に配置されている。ポリシリコン層20のパッド部24は、スクライブライン4に配置されている。 The pad portion 24 of the polysilicon layer 20 is a portion of the polysilicon layer 20 that is used as an electrode pad (hereinafter referred to as a test pad) 3 for screening the insulating film 12 described later (FIG. 7). The pad portion 24 of the polysilicon layer 20 is provided for each chip region 2 and is arranged near the paired chip region 2. The pad portion 24 of the polysilicon layer 20 is arranged on the scribe line 4.

ポリシリコン層20のパッド部24は、チップ領域2の外周に沿って配置されたポリシリコン層20の第1〜3ゲート部21〜23から離れて配置されることがよい。その理由は、後述するステップS6の処理時に、試験用パッド3(ポリシリコン層20のパッド部24)にプローブを当てる際に、チップ領域2のポリシリコン層20の第1〜3ゲート部21〜23に誤ってプローブを当てることを抑制することができるからである。 The pad portion 24 of the polysilicon layer 20 is preferably arranged apart from the first to third gate portions 21 to 23 of the polysilicon layer 20 arranged along the outer periphery of the chip region 2. The reason is that when the probe is applied to the test pad 3 (the pad portion 24 of the polysilicon layer 20) in the process of step S6 described later, the first to third gate portions 21 to 21 of the polysilicon layer 20 of the chip region 2 are applied. This is because it is possible to prevent the probe 23 from being accidentally applied.

また、ポリシリコン層20のパッド部24は、隣り合うチップ領域2間に位置する。このため、隣り合うチップ領域2それぞれからパッド部24までの距離は等しいことがよい。その理由は、次の2点である。1つ目の理由は、ステップS5の処理時にポリシリコン層20のパターンずれが生じたとしても、隣り合うチップ領域2それぞれに配置された第2ゲート部22に、パッド部24が接触することを抑制することができるからである。 The pad portion 24 of the polysilicon layer 20 is located between the adjacent chip regions 2. Therefore, it is preferable that the distances from the adjacent chip regions 2 to the pad portions 24 are equal. The reason is the following two points. The first reason is that even if the pattern shift of the polysilicon layer 20 occurs during the process of step S5, the pad portion 24 comes into contact with the second gate portions 22 arranged in the adjacent chip regions 2, respectively. This is because it can be suppressed.

2つ目の理由は、後述するステップS7の処理においてポリシリコン層20のパッド部24を除去する際に、エッチング用マスクのパターンずれが生じたとしても、隣り合うチップ領域2それぞれに配置されたポリシリコン層20の第2ゲート部22の幅が狭くなることを抑制することができるからである。これにより、ポリシリコン層20の第2ゲート部22で構成されるゲートランナーを寸法精度よく形成することができる。 The second reason is that when the pad portion 24 of the polysilicon layer 20 is removed in the process of step S7 to be described later, even if a pattern shift of the etching mask occurs, it is arranged in each of the adjacent chip regions 2. This is because it is possible to prevent the width of the second gate portion 22 of the polysilicon layer 20 from being narrowed. Thereby, the gate runner constituted by the second gate portion 22 of the polysilicon layer 20 can be formed with high dimensional accuracy.

ポリシリコン層20の第1連結部25は、ポリシリコン層20のうち、パッド部24と、当該パッド部24と対となるチップ領域2に配置された第2ゲート部22と、を連結する部分であり、スクライブライン4に配置されている。ポリシリコン層20の第2連結部26は、ダミートレンチ31bの端部から第2ゲート部22側へ例えば直線状に延在し、第2ゲート部22とダミートレンチ31b内の第1ゲート部21とを連結する。 The first connection part 25 of the polysilicon layer 20 is a part of the polysilicon layer 20 that connects the pad part 24 and the second gate part 22 arranged in the chip region 2 paired with the pad part 24. And is located on the scribe line 4. The second connection portion 26 of the polysilicon layer 20 extends, for example, in a straight line from the end of the dummy trench 31b to the second gate portion 22 side, and the second gate portion 22 and the first gate portion 21 in the dummy trench 31b. And are connected.

次に、半導体ウエハ1のチップ領域2ごとに、絶縁膜12に所定電圧を印加して、絶縁膜12の経時破壊現象を観察して、絶縁膜12のリーク電流を確認し、絶縁膜12の信頼性を評価する耐圧試験(スクリーニング)を行う(ステップS6:第6工程)。具体的には、試験用パッド3にプローブ(不図示)を当てて当該プローブから、試験用パッド3を介して、ポリシリコン層20と半導体ウエハ1との間の絶縁膜12に所定電圧を印加する。 Next, for each chip region 2 of the semiconductor wafer 1, a predetermined voltage is applied to the insulating film 12 to observe the time-dependent breakdown phenomenon of the insulating film 12 to confirm the leak current of the insulating film 12 and confirm the leakage current of the insulating film 12. A withstand voltage test (screening) for evaluating reliability is performed (step S6: sixth step). Specifically, a probe (not shown) is applied to the test pad 3, and a predetermined voltage is applied from the probe to the insulating film 12 between the polysilicon layer 20 and the semiconductor wafer 1 via the test pad 3. To do.

試験用パッド3(ポリシリコン層20のパッド部24)には、ポリシリコン層20の第1連結部25および第2,3ゲート部22,23を介して、同一のチップ領域2内に形成されたすべてのトレンチ11内のポリシリコン層20の第1ゲート部21が連結されている。このため、ステップS6の処理において、同一のチップ領域2内に形成されたすべてのトレンチ11の内壁の絶縁膜12のスクリーニングを同時に行うことができる。 The test pad 3 (pad portion 24 of the polysilicon layer 20) is formed in the same chip region 2 via the first connecting portion 25 and the second and third gate portions 22 and 23 of the polysilicon layer 20. The first gate portions 21 of the polysilicon layer 20 in all the trenches 11 are connected. Therefore, in the process of step S6, it is possible to simultaneously screen the insulating films 12 on the inner walls of all the trenches 11 formed in the same chip region 2.

すなわち、ステップS6の処理においては、同一のチップ領域2内において、同一のポリシリコン層20を介して、ゲートトレンチ31a内の絶縁膜12で構成されるゲート絶縁膜32aと、ダミートレンチ31b内の絶縁膜12で構成されるダミーゲート絶縁膜32bと、に同時に所定電圧を印加することができる。このため、ゲート絶縁膜32aおよびダミーゲート絶縁膜32bの評価を同じタイミングで行うことができる。 That is, in the process of step S6, the gate insulating film 32a formed of the insulating film 12 in the gate trench 31a and the dummy trench 31b are formed in the same chip region 2 with the same polysilicon layer 20 interposed therebetween. A predetermined voltage can be applied simultaneously to the dummy gate insulating film 32b composed of the insulating film 12. Therefore, the gate insulating film 32a and the dummy gate insulating film 32b can be evaluated at the same timing.

また、このステップS6の処理時、トレンチ11の上方コーナー部11aがポリシリコン層20で覆われていないことで、絶縁膜12の、トレンチ11の上方コーナー部11aを覆う部分には電圧が印加されない。このため、ステップS6の処理時、トレンチ11の上方コーナー部11aにおいてトレンチゲート10およびダミートレンチゲート10’の破壊(ゲート破壊)は起きない。 In addition, since the upper corner portion 11a of the trench 11 is not covered with the polysilicon layer 20 during the process of step S6, no voltage is applied to the portion of the insulating film 12 that covers the upper corner portion 11a of the trench 11. .. Therefore, during the processing of step S6, the trench gate 10 and the dummy trench gate 10' are not destroyed (gate destruction) in the upper corner portion 11a of the trench 11.

また、ステップS6の処理時、トレンチ11の両端部において、トレンチ11の上方コーナー部11aがポリシリコン層20の第2,3ゲート部22,23または第2連結部26に覆われているが(図8の粗い破線で囲む部分)、トレンチ11の両端部以外の箇所においては、上述したようにトレンチ11の上方コーナー部11aはポリシリコン層20で覆われていない。 In the process of step S6, the upper corner portions 11a of the trench 11 are covered with the second and third gate portions 22 and 23 of the polysilicon layer 20 or the second connecting portion 26 at both ends of the trench 11 ( In portions other than both ends of the trench 11 (enclosed by a rough broken line in FIG. 8), the upper corner portion 11a of the trench 11 is not covered with the polysilicon layer 20 as described above.

したがって、従来方法(図16,17参照)と比べて、チップ領域2全体の面積に対して、トレンチ11の上方コーナー部11aがポリシリコン層20で覆われている箇所の面積を極めて少なくすることができる。トレンチ11の上方コーナー部11aがポリシリコン層20で覆われている箇所でのゲート破壊の発生確率はチップ領域2の面内で等しいため、トレンチ11の上方コーナー部11aがポリシリコン層20で覆われている箇所を少なくすることで、従来方法と比べて、チップ領域2全体の面積に対するゲート破壊の発生確率を例えば1万分の1程度まで低減させることができる。 Therefore, as compared with the conventional method (see FIGS. 16 and 17), the area of the portion where the upper corner portion 11a of the trench 11 is covered with the polysilicon layer 20 is extremely small with respect to the entire area of the chip region 2. You can Since the probability of occurrence of gate breakdown at the location where the upper corner portion 11a of the trench 11 is covered with the polysilicon layer 20 is equal in the plane of the chip region 2, the upper corner portion 11a of the trench 11 is covered with the polysilicon layer 20. By reducing the number of exposed portions, the probability of occurrence of gate breakdown with respect to the entire area of the chip region 2 can be reduced to, for example, about 1/10,000 as compared with the conventional method.

ステップS6の処理の結果は、例えば、電子情報として保持される。例えば、半導体ウエハ1の面内の個々のチップ領域2の絶縁膜12のスクリーニング結果を、半導体ウエハ1の固有認識番号、および、半導体ウエハ1における各チップ領域2の位置をアドレス化したサイト情報に基づいて、電子情報としてスクリーニングのための評価装置の記憶部(不図示)または外部の記憶部(不図示)に記憶させてもよい。 The result of the process of step S6 is held as electronic information, for example. For example, the screening result of the insulating film 12 of each chip area 2 in the surface of the semiconductor wafer 1 is used as the unique identification number of the semiconductor wafer 1 and the site information in which the position of each chip area 2 in the semiconductor wafer 1 is addressed. Based on this, it may be stored as electronic information in a storage unit (not shown) of the evaluation device for screening or an external storage unit (not shown).

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、ポリシリコン層20の第2連結部26を除去する(ステップS7:第9工程)。ステップS7の処理においては、ポリシリコン層20のうち、ダミートレンチ31b内の第1ゲート部21と、第2,3ゲート部22,23と、が分離されるように、第2連結部26が切断されればよい。このため、ステップS7の処理において第2連結部26の少なくとも一部が除去されればよい(図10)。図10には、ステップS7の処理後の第2連結部26’を破線で囲む。 Next, the second connection portion 26 of the polysilicon layer 20 is removed by photolithography and etching (step S7: ninth step). In the process of step S7, the second connecting portion 26 is formed so that the first gate portion 21 in the dummy trench 31b and the second and third gate portions 22 and 23 in the polysilicon layer 20 are separated. It can be cut. Therefore, at least part of the second connecting portion 26 may be removed in the process of step S7 (FIG. 10). In FIG. 10, the second connecting portion 26' after the process of step S7 is surrounded by a broken line.

ステップS7の処理においては、ポリシリコン層20の第2連結部26を除去することで、ポリシリコン層20の第1〜3ゲート部21〜23を寸法精度よく残すことができる。ステップS7の処理により、ゲートトレンチ31a内のゲート電極33aとなる第1ゲート部21と、ダミートレンチ31b内のダミーゲート電極33bとなる第1ゲート部21と、が分離される。このステップS7の処理において、さらに、ポリシリコン層20のパッド部24および第1連結部25を除去してもよい。 In the process of step S7, by removing the second connecting portion 26 of the polysilicon layer 20, the first to third gate portions 21 to 23 of the polysilicon layer 20 can be left with high dimensional accuracy. By the process of step S7, the first gate portion 21 that becomes the gate electrode 33a in the gate trench 31a and the first gate portion 21 that becomes the dummy gate electrode 33b in the dummy trench 31b are separated. In the process of step S7, the pad portion 24 and the first connecting portion 25 of the polysilicon layer 20 may be further removed.

次に、半導体ウエハ1のおもて面に、ゲート電極13を覆うように層間絶縁膜(不図示)を形成する(ステップS8)。次に、層間絶縁膜を選択的に除去してコンタクトホールを形成し、コンタクトホールに所定の半導体領域(n+型エミッタ領域およびp+型コンタクト領域)を露出させる。次に、半導体ウエハ1のおもて面に、コンタクトホールに埋め込むようにおもて面電極(第1電極)を形成する(ステップS9:第7工程)。 Next, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the front surface of the semiconductor wafer 1 so as to cover the gate electrode 13 (step S8). Next, the interlayer insulating film is selectively removed to form a contact hole, and a predetermined semiconductor region (n + type emitter region and p + type contact region) is exposed in the contact hole. Next, a front surface electrode (first electrode) is formed on the front surface of the semiconductor wafer 1 so as to be embedded in the contact hole (step S9: seventh step).

ステップS9の処理においては、半導体ウエハ1のおもて面全面に金属層を形成してパターニングすることで、半導体ウエハ1のチップ領域2ごとにおもて面電極を形成する。また、ステップS9の処理においては、同一のチップ領域2において、例えば、おもて面電極とすべてのダミーゲート電極33bとを電気的に接続することで、ダミーゲート電極33bをゲート電位以外の電位に固定する。 In the process of step S9, a front surface electrode is formed for each chip region 2 of the semiconductor wafer 1 by forming and patterning a metal layer on the entire front surface of the semiconductor wafer 1. In the process of step S9, the dummy gate electrode 33b is electrically connected to a potential other than the gate potential in the same chip region 2 by electrically connecting the front surface electrode and all the dummy gate electrodes 33b, for example. Fixed to.

例えば、ダミーゲート電極33bの端部を露出するコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールにおもて面電極を埋め込むことで、ダミーゲート電極33bをおもて面電極に接続してもよい。また、同一のチップ領域2内のすべてのダミーゲート電極33bが電気的に接続されたゲートランナーを所定のタイミングで形成し、当該ゲートランナーを介してダミーゲート電極33bをおもて面電極に接続してもよい。 For example, the dummy gate electrode 33b may be connected to the front surface electrode by forming a contact hole exposing the end of the dummy gate electrode 33b and burying the front surface electrode in the contact hole. Further, a gate runner to which all the dummy gate electrodes 33b in the same chip region 2 are electrically connected is formed at a predetermined timing, and the dummy gate electrode 33b is connected to the front surface electrode via the gate runner. You may.

例えば実施の形態1にかかる半導体装置がnチャネル型IGBTである場合、おもて面電極はエミッタ電極である。おもて面電極は、例えばアルミニウム(Al)を含む電極であってもよいし、バリアメタルと、アルミニウムを含む電極と、の積層構造を有していてもよいし、最表面にめっき膜を有していてもよい。また、おもて面電極は、例えばコンタクトホールにタングステン(W)プラグを埋め込んだ構造を有していてもよい。 For example, when the semiconductor device according to the first embodiment is an n-channel IGBT, the front surface electrode is an emitter electrode. The front surface electrode may be, for example, an electrode containing aluminum (Al), may have a laminated structure of a barrier metal and an electrode containing aluminum, or may have a plating film on the outermost surface. You may have. The front surface electrode may have a structure in which a tungsten (W) plug is embedded in a contact hole, for example.

次に、半導体ウエハ1のおもて面におもて面保護膜(不図示)を形成する(ステップS10)。次に、半導体ウエハ1の裏面(第2主面)側に所定の半導体領域を形成した後、裏面電極(第2電極)を形成する(ステップS11:第8工程)。例えば実施の形態1にかかる半導体装置がnチャネル型IGBTである場合、ステップS11の処理で形成される所定の半導体領域はp+型コレクタ領域やn型フィールドストップ領域であり、裏面電極はコレクタ電極である。 Next, a front surface protective film (not shown) is formed on the front surface of the semiconductor wafer 1 (step S10). Next, after forming a predetermined semiconductor region on the back surface (second main surface) side of the semiconductor wafer 1, a back surface electrode (second electrode) is formed (step S11: eighth step). For example, when the semiconductor device according to the first embodiment is an n-channel IGBT, the predetermined semiconductor region formed in the process of step S11 is a p + -type collector region or an n-type field stop region, and the back electrode is the collector electrode. Is.

次に、半導体ウエハ1に対して、スクリーニングを除く一般的なウエハ検査を行う(ステップS12)。ステップS12の処理においては、ウエハ検査として、例えば電気を流すことで、正常に動作するか否かを評価するWAT(Wafer Acceptance Test)などを行う。具体的には、ウエハ検査において、しきい値電圧、漏れ電流の有無、オン電圧などを評価してもよい。 Next, a general wafer inspection other than screening is performed on the semiconductor wafer 1 (step S12). In the process of step S12, as a wafer inspection, for example, a WAT (Wafer Acceptance Test) for evaluating whether or not the device normally operates by applying electricity is performed. Specifically, in the wafer inspection, the threshold voltage, the presence/absence of leakage current, the ON voltage, etc. may be evaluated.

また、ステップS12の処理においては、ウエハ検査後に、ステップS6のスクリーニングにおいて記憶部に記憶させた電子情報、および、ウエハ検査結果に基づいて、良品と判定されたチップ領域2と、不良と判定されたチップ領域2とが判別可能なように、チップ領域2にマーキングを行う。例えば、不良と判定されたすべてのチップ領域2に模様や文字、バーコードなどの所定マークをマーキング(付加)してもよい。 In the process of step S12, after the wafer inspection, based on the electronic information stored in the storage unit in the screening of step S6 and the wafer inspection result, the chip region 2 determined to be non-defective and the chip region 2 determined to be defective. The chip area 2 is marked so that it can be distinguished from the chip area 2. For example, a predetermined mark such as a pattern, a character, or a bar code may be marked (added) on all the chip areas 2 determined to be defective.

次に、半導体ウエハ1をスクライブライン4に沿ってダイシング(切断)して、各チップ領域2を個々のチップ状に個片化する(ステップS13)。ステップS13の処理において、チップ領域2からなる半導体チップ(実施の形態1にかかる半導体装置)が完成する。このとき、ステップS6のスクリーニングおよびステップS12のウエハ検査において不良と判定されたチップ領域2からなる半導体チップを取り除く。 Next, the semiconductor wafer 1 is diced (cut) along the scribe lines 4 to divide each chip region 2 into individual chips (step S13). In the process of step S13, the semiconductor chip including the chip region 2 (semiconductor device according to the first embodiment) is completed. At this time, the semiconductor chip formed of the chip region 2 determined to be defective in the screening in step S6 and the wafer inspection in step S12 is removed.

具体的には、例えば、半導体ウエハ1のダイシング後、不良と判定され所定マークが付加されたチップ領域2からなる半導体チップをステージ(ダイシング時に半導体ウエハ1を載置したステージ)上にそのまま残し、良品と判定されたチップ領域2からなる半導体チップ(所定マークが付加されていない半導体チップ)のみをピックアップして(取り出して)、当該半導体チップをパッケージに実装するための組立工程へと搬送すればよい。 Specifically, for example, after dicing the semiconductor wafer 1, a semiconductor chip including a chip region 2 which is determined to be defective and has a predetermined mark is left as it is on a stage (stage on which the semiconductor wafer 1 is mounted during dicing). By picking up (removing) only a semiconductor chip (semiconductor chip not having a predetermined mark) formed of the chip area 2 which is determined to be a non-defective product, and carrying it to an assembly process for mounting the semiconductor chip in a package. Good.

次に、半導体チップをパッケージに実装するための一般的な組立工程を行う。具体的には、例えばDCB(Direct Copper Bonding)基板などの絶縁基板(不図示)に、半導体チップの裏面を半田付け(マウント)する。上述したように良品と判定された半導体チップのみがピックアップされているため、DCB基板上に不良と判定された半導体チップが搭載されることはない。 Next, a general assembly process for mounting the semiconductor chip on the package is performed. Specifically, the back surface of the semiconductor chip is soldered (mounted) to an insulating substrate (not shown) such as a DCB (Direct Copper Bonding) substrate. As described above, since only the semiconductor chips determined to be non-defective are picked up, the semiconductor chips determined to be defective are not mounted on the DCB substrate.

その後、ワイヤボンディングやワイヤレスボンディングにより、おもて面電極とエミッタパッドとを接続し、かつエミッタパッドおよびゲートパッドをそれぞれ所定の電極リード(不図示)に接続する配線処理を行う。このとき、不良と判定された半導体チップを除いて配線処理を行う必要がないため、組立工程を簡略化することができる。以上により、実施の形態1にかかる半導体装置が実装されたパッケージが完成する。 After that, a wiring process is performed by connecting the front surface electrode and the emitter pad and connecting the emitter pad and the gate pad to predetermined electrode leads (not shown) by wire bonding or wireless bonding. At this time, since it is not necessary to perform the wiring process except for the semiconductor chip determined to be defective, the assembling process can be simplified. As described above, the package in which the semiconductor device according to the first embodiment is mounted is completed.

以上、説明したように、実施の形態1によれば、トレンチの内部に絶縁膜を介してポリシリコン層を埋め込んだ後、トレンチの上方コーナー部上のポリシリコン層を除去した状態で、製造途中に、絶縁膜のスクリーニングを行う。トレンチの上方コーナー部では、トレンチの上方コーナー部の曲率による微妙な形状の違い等の影響を受けて、破壊耐圧が低くなりがちであるが、実施の形態1によれば、絶縁膜のスクリーニング時、トレンチの上方コーナー部がほぼポリシリコン層で覆われていない。 As described above, according to the first embodiment, after the polysilicon layer is buried inside the trench via the insulating film, the polysilicon layer on the upper corner portion of the trench is removed, and Then, the insulating film is screened. In the upper corner portion of the trench, the breakdown withstand voltage tends to be low due to the influence of a slight shape difference due to the curvature of the upper corner portion of the trench, but according to the first embodiment, during the screening of the insulating film. The upper corners of the trench are almost not covered with the polysilicon layer.

トレンチの上方コーナー部がポリシリコン層で覆われていない箇所においては、絶縁膜のスクリーニング時に、絶縁膜の、トレンチの上方コーナー部上の部分に電圧が印加されないため、ゲート破壊が発生したとしても、ゲート破壊が発生したチップ領域以外のチップ領域への異物の飛散を抑制することができる。これにより、半導体ウエハの面内での異物の発生を低減させることができるため、チップ不良率を低減させることができる。 At the location where the upper corner of the trench is not covered with the polysilicon layer, no voltage is applied to the portion of the insulating film above the upper corner of the trench during the screening of the insulating film, so even if gate breakdown occurs. Therefore, it is possible to suppress the scattering of foreign matter to the chip area other than the chip area where the gate breakdown occurs. As a result, it is possible to reduce the generation of foreign matter within the surface of the semiconductor wafer, and thus it is possible to reduce the chip defect rate.

また、実施の形態1によれば、異物の発生が低減されることで、電気的に不良のチップ領域がスクリーニングにより誤って良品と判定されることがない。また、ダミートレンチゲートを備えたトレンチゲート型半導体装置では、製品完成時にダミートレンチゲートが電気的にエミッタと同電位になる。このため、製造工程の終了後のスクリーニングではダミーゲート絶縁膜に電圧を印加することができないことから、実施の形態1のように製造途中でのスクリーニングを行うことで、チップ不良率をより低減させることができる。 Further, according to the first embodiment, since the generation of foreign matter is reduced, the electrically defective chip region is prevented from being erroneously determined as a good product by screening. Further, in the trench gate type semiconductor device including the dummy trench gate, the dummy trench gate is electrically at the same potential as the emitter when the product is completed. For this reason, since it is not possible to apply a voltage to the dummy gate insulating film in the screening after the completion of the manufacturing process, the chip defect rate can be further reduced by performing the screening during the manufacturing as in the first embodiment. be able to.

また、実施の形態1によれば、トレンチの上方コーナー部上のポリシリコン層は、素子動作に寄与しない部分であるため、除去したとしても素子性能を維持することができる。また、実施の形態1によれば、絶縁膜のスクリーニング時に用いる試験用パッドは、半導体ウエハのスクライブラインに配置される。このため、チップサイズの増大は生じない。また、試験用パッドにプローブを当てる際に、チップ領域に誤ってプローブを当てることを抑制することができる。 Further, according to the first embodiment, since the polysilicon layer on the upper corner portion of the trench is a portion that does not contribute to the element operation, the element performance can be maintained even if it is removed. Further, according to the first embodiment, the test pad used when screening the insulating film is arranged on the scribe line of the semiconductor wafer. Therefore, the chip size does not increase. Further, it is possible to prevent the probe from being accidentally applied to the chip area when the probe is applied to the test pad.

また、上記特許文献1では、試験用パッドとエミッタパッドとをボンディングワイヤにより短絡することで、ダミーゲート電極をエミッタ電位にしている。このため、試験用パッドとエミッタパッドとの間の抵抗成分による電位差により、ダミーゲート電極が完全にはエミッタ電位と同電位にならないことで、製品動作に悪影響が生じる。また、試験用パッドをエミッタパッドに短絡するためのワイヤボンディング工程が増えてしまう。 Further, in Patent Document 1, the dummy gate electrode is set to the emitter potential by short-circuiting the test pad and the emitter pad with a bonding wire. Therefore, the dummy gate electrode does not have the same potential as the emitter potential due to the potential difference due to the resistance component between the test pad and the emitter pad, which adversely affects the product operation. In addition, the wire bonding process for short-circuiting the test pad and the emitter pad increases.

一方、実施の形態1によれば、ダミーゲート絶縁膜のスクリーニング後に、一般的なエミッタ電極(おもて面電極)の形成工程により、エミッタ電極をダミーゲート電極に直接接触させることができ、ダミーゲート電極を完全にエミッタ電位と同電位にすることができる。また、ダミーゲート電極とエミッタ電極とを短絡するためにボンディングワイヤを用いないため、新たなボンディングワイヤ工程を必要としない。 On the other hand, according to the first embodiment, after the dummy gate insulating film is screened, the emitter electrode can be brought into direct contact with the dummy gate electrode by a general emitter electrode (front surface electrode) forming process. The gate electrode can be completely set to the same potential as the emitter potential. Further, since no bonding wire is used to short-circuit the dummy gate electrode and the emitter electrode, no new bonding wire process is required.

また、上記特許文献1では、電極パッドとゲート絶縁膜との間、および、電極パッドとダミーゲート絶縁膜との間、にそれぞれ生じるCR成分差によりゲート絶縁膜およびダミーゲート絶縁膜の評価のタイミングにずれが生じ、スクリーニングの信頼性が低くなる虞がある。一方、実施の形態1によれば、スクリーニング時に、同一のポリシリコン層を介して、ゲート絶縁膜およびダミーゲート絶縁膜に同時に電圧を印加することができる。このため、ゲート絶縁膜およびダミーゲート絶縁膜の評価のタイミングにずれは生じない。 Further, in Patent Document 1, the timing of evaluating the gate insulating film and the dummy gate insulating film is determined by the CR component differences generated between the electrode pad and the gate insulating film and between the electrode pad and the dummy gate insulating film. There is a risk that the reliability of the screening may be reduced due to the deviation of the screen. On the other hand, according to the first embodiment, it is possible to simultaneously apply a voltage to the gate insulating film and the dummy gate insulating film through the same polysilicon layer at the time of screening. Therefore, there is no difference in the evaluation timing of the gate insulating film and the dummy gate insulating film.

また、上記特許文献1では、ゲート電極およびダミーゲート電極のトレンチが完全に埋め込まれているため、従来の半導体装置の製造方法(図16,17参照)と同様の問題が生じる虞がある。一方、実施の形態1によれば、上述したように、トレンチの上方コーナー部がポリシリコン層で覆われていない状態で、絶縁膜のスクリーニングを行うため、従来の半導体装置の製造方法で生じる問題は起きない。 Further, in Patent Document 1, since the trenches of the gate electrode and the dummy gate electrode are completely filled, there is a possibility that the same problem as in the conventional method of manufacturing a semiconductor device (see FIGS. 16 and 17) may occur. On the other hand, according to the first embodiment, as described above, the insulating film is screened in a state where the upper corner portion of the trench is not covered with the polysilicon layer, which causes a problem in the conventional method for manufacturing a semiconductor device. Does not happen.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる半導体装置について説明する。図11,13は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す平面図である。図12は、図11の切断線D−D’における断面構造を示す断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法において製造途中の半導体ウエハ1をおもて面側から見たレイアウトは、トレンチ11のレイアウトが異なる以外は実施の形態1と同様である(図2,6,7)。図11,13には、図7の矩形枠B内を拡大して示す。符号29は、フィールド酸化膜である。
(Embodiment 2)
Next, the semiconductor device according to the second embodiment will be described. 11 and 13 are plan views showing a state in which the semiconductor device according to the second embodiment is being manufactured. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure along the cutting line DD′ of FIG. 11. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, the layout of the semiconductor wafer 1 in the process of manufacturing seen from the front surface side is the same as that of the first embodiment except that the layout of the trenches 11 is different (FIG. 2, FIG. 6, 7). 11 and 13 show the inside of the rectangular frame B in FIG. 7 in an enlarged manner. Reference numeral 29 is a field oxide film.

実施の形態2にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、次の2点である。1つ目の相違点は、隣り合うゲートトレンチ31aが端部同士を連結したU字状または環状に配置されている点である。2つ目の相違点は、隣り合うダミートレンチ31bが端部同士を連結したU字状または環状に配置されている点である。実施の形態2にかかる半導体装置は、上記2つの相違点のいずれか一方のみが適用されてもよい。 The semiconductor device according to the second embodiment differs from the semiconductor device according to the first embodiment in the following two points. The first difference is that adjacent gate trenches 31a are arranged in a U-shape or an annular shape in which end portions are connected to each other. The second difference is that the dummy trenches 31b adjacent to each other are arranged in a U-shape or an annular shape with their ends connected to each other. In the semiconductor device according to the second embodiment, only one of the above two differences may be applied.

実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法(図1参照)においてステップS2,S5,S7で用いるエッチング用マスクのパターンを変更すればよい。ステップS2のエッチング処理においては、端部同士を連結したU字状または環状に、ゲートトレンチ31aとなるトレンチ11を形成する。端部同士を連結したU字状または環状に、ダミートレンチ31bとなるトレンチ11を形成する。 In the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, the pattern of the etching mask used in steps S2, S5 and S7 in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (see FIG. 1) may be changed. In the etching process of step S2, the trench 11 to be the gate trench 31a is formed in a U shape or an annular shape in which end portions are connected. The trench 11 to be the dummy trench 31b is formed in a U shape or an annular shape in which the ends are connected to each other.

例えば、ダミートレンチ31bとなるU字状または環状のトレンチ11の周囲を囲むように、ゲートトレンチ31aとなるU字状または環状のトレンチ11が配置されてもよい。ゲートトレンチ31aとなるトレンチ11の端部同士の連結部は、エッジ終端領域において、深さ方向Zに、後に形成されるゲートランナーに対向するように位置にする。ダミートレンチ31bとなるトレンチ11の端部同士の連結部は、活性領域に位置する。 For example, the U-shaped or annular trench 11 serving as the gate trench 31a may be arranged so as to surround the U-shaped or annular trench 11 serving as the dummy trench 31b. The connecting portion between the end portions of the trench 11 serving as the gate trench 31a is located in the edge termination region in the depth direction Z so as to face a gate runner formed later. The connecting portion between the end portions of the trench 11 serving as the dummy trench 31b is located in the active region.

ステップS5のエッチング処理においては、ポリシリコン層20の第1〜3ゲート部21〜23、パッド部24および第1〜3連結部25,28,27を残す(図7,11,12)。実施の形態2においては、ポリシリコン層20の第1ゲート部21は、トレンチ11と同じU字状または環状のパターンで残る。ポリシリコン層20の第2,3ゲート部22,23、パッド部24および第1連結部25の配置は実施の形態1と同様である。 In the etching process of step S5, the first to third gate parts 21 to 23, the pad part 24 and the first to third connecting parts 25, 28 and 27 of the polysilicon layer 20 are left (FIGS. 7, 11 and 12). In the second embodiment, the first gate portion 21 of the polysilicon layer 20 remains in the same U-shaped or annular pattern as the trench 11. The arrangement of the second and third gate portions 22 and 23, the pad portion 24 and the first connecting portion 25 of the polysilicon layer 20 is the same as that of the first embodiment.

ポリシリコン層20の第2ゲート部22は、ゲートトレンチ31aの端部同士の連結部において、第1ゲート部21に接する。ポリシリコン層20の第2,3連結部28,27は、半導体ウエハ1のおもて面上に絶縁膜12を介して設けられている。第3連結部27は、深さ方向Zに、ダミートレンチ31bの端部同士の連結部に対向し、ダミートレンチ31b内の第1ゲート部21に接する。第2連結部28は、第3連結部27を介して、ダミートレンチ31b内の第1ゲート部21と、第2ゲート部22と、を連結する。 The second gate portion 22 of the polysilicon layer 20 is in contact with the first gate portion 21 at the connecting portion between the end portions of the gate trench 31a. The second and third connecting portions 28 and 27 of the polysilicon layer 20 are provided on the front surface of the semiconductor wafer 1 with the insulating film 12 interposed therebetween. The third connection portion 27 faces the connection portion between the end portions of the dummy trench 31b in the depth direction Z and is in contact with the first gate portion 21 in the dummy trench 31b. The second connecting portion 28 connects the first gate portion 21 and the second gate portion 22 in the dummy trench 31b via the third connecting portion 27.

ステップS7のエッチング処理においては、ポリシリコン層20の第2連結部28を除去する。ステップS7の処理においては、ポリシリコン層20のうち、ダミートレンチ31b内の第1ゲート部21と、第2,3ゲート部22,23と、が分離されるように、第2連結部28の少なくとも一部が除去されればよい(図13)。図13には、ステップS7の処理後の第2連結部28’を破線で囲む。 In the etching process of step S7, the second connection portion 28 of the polysilicon layer 20 is removed. In the process of step S7, in the polysilicon layer 20, the second connecting portion 28 is formed so that the first gate portion 21 and the second and third gate portions 22 and 23 in the dummy trench 31b are separated. It suffices if at least a part is removed (FIG. 13). In FIG. 13, the second connecting portion 28' after the process of step S7 is surrounded by a broken line.

以上、説明したように、実施の形態2によれば、トレンチのパターンを変えた場合においても、トレンチの上方コーナー部がポリシリコン層で覆われている箇所を少なくすることで、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the second embodiment, even when the trench pattern is changed, the upper corner portion of the trench is reduced in the number of portions covered with the polysilicon layer, and thus the first embodiment is described. The same effect as can be obtained.

(実施例)
次に、絶縁膜12のスクリーニングにゲート破壊が生じた場合の半導体ウエハ1の状態について説明する。図14は、実施例の製造途中の状態を示す平面図である。図15は、従来例の製造途中の状態を示す平面図である。図14,15には、半導体ウエハ1のおもて面の同じ面積の領域が示されている。上述した実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法にしたがってステップS1〜S6(図1参照)までの処理を行った(以下、実施例とする)。実施例においてゲート破壊が発生した箇所を、半導体ウエハ1のおもて面側から見た状態を図14に示す。
(Example)
Next, the state of the semiconductor wafer 1 when the gate breakdown occurs in the screening of the insulating film 12 will be described. FIG. 14 is a plan view showing a state in the middle of manufacturing the embodiment. FIG. 15 is a plan view showing a state in which the conventional example is being manufactured. 14 and 15 show regions having the same area on the front surface of the semiconductor wafer 1. The processes of steps S1 to S6 (see FIG. 1) were performed according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment described above (hereinafter, referred to as an example). FIG. 14 shows a state in which the gate breakdown has occurred in the embodiment as viewed from the front surface side of the semiconductor wafer 1.

また、上述した従来の半導体装置の製造方法(図16.17参照)にしたがって絶縁膜のスクリーニングを行った(以下、従来例とする)。従来例においてゲート破壊が発生した箇所を、半導体ウエハ101のおもて面側から見た状態を図15に示す。従来例では、半導体ウエハ101のチップ領域102の全面がポリシリコン層120で覆われた状態でゲート絶縁膜112およびダミーゲート絶縁膜のスクリーニングを行う以外の条件を実施例と同じとした。 The insulating film was screened according to the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device (see FIG. 16.17) (hereinafter, referred to as a conventional example). FIG. 15 shows a state in which a gate breakdown occurs in the conventional example as viewed from the front surface side of the semiconductor wafer 101. In the conventional example, the conditions were the same as those in the example except that the screening of the gate insulating film 112 and the dummy gate insulating film was performed with the entire surface of the chip region 102 of the semiconductor wafer 101 covered with the polysilicon layer 120.

図15に示す結果から、従来例においてゲート破壊が発生した場合、ポリシリコン層120やゲート絶縁膜112の破片が周囲に飛散して付着し、異物となることが確認された(符号42で示す箇所)。図15には、半導体ウエハ101のチップ領域102の一部のみを示すが、ゲート破壊により飛散した異物は半導体ウエハ101のおもて面内の広範囲に付着することが発明者により確認されている。また、従来例では、異物が付着した不良のチップ領域102が、スクリーニング時に電気的に良品と判定される場合があった。 From the results shown in FIG. 15, it was confirmed that when the gate breakdown occurred in the conventional example, the fragments of the polysilicon layer 120 and the gate insulating film 112 were scattered and attached to the surroundings to become foreign matters (indicated by reference numeral 42). Location). Although only a part of the chip area 102 of the semiconductor wafer 101 is shown in FIG. 15, it has been confirmed by the inventor that foreign matter scattered by the gate destruction adheres to a wide area within the front surface of the semiconductor wafer 101. .. Further, in the conventional example, the defective chip area 102 to which the foreign matter is attached may be electrically judged to be a good product at the time of screening.

一方、図14に示すように、実施例においては、ゲート破壊した箇所が若干焦げる程度であり(符号41で示す箇所)、他のチップ領域2にまでゲート破壊による被害が及ばないことが確認された。また、実施例においては、異物が付着した不良のチップ領域2は、スクリーニングにより電気的にも不良と判定されることが確認された。 On the other hand, as shown in FIG. 14, in the example, the part where the gate was destroyed was slightly scorched (the part shown by reference numeral 41), and it was confirmed that the damage due to the gate damage did not reach other chip regions 2. It was In addition, in the example, it was confirmed by screening that the defective chip area 2 to which a foreign substance had adhered was electrically determined to be defective.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した各実施の形態は、ダミートレンチゲートを備えていないトレンチゲート型半導体装置を作製(製造)する場合においても適用可能である。また、ゲートランナーやゲートフィンガーを備えないトレンチゲート型半導体装置に適用してもよい。この場合、ステップS6の処理時に、トレンチのすべての上方コーナー部がポリシリコン層で覆われないため、本発明の効果をより高めることができる。また、本発明は、導電型(n型、p型)を反転させても同様に成り立つ。 In the above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified without departing from the spirit of the present invention. For example, each of the above-described embodiments can be applied to the case of manufacturing (manufacturing) a trench gate type semiconductor device having no dummy trench gate. Further, it may be applied to a trench gate type semiconductor device having no gate runner or gate finger. In this case, all the upper corner portions of the trench are not covered with the polysilicon layer during the process of step S6, so that the effect of the present invention can be further enhanced. Further, the present invention is similarly applicable even when the conductivity type (n type, p type) is reversed.

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用されるトレンチゲート型半導体装置に有用である。 As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful for a trench gate type semiconductor device used for a power converter, a power supply device for various industrial machines and the like.

1 半導体ウエハ
2 半導体ウエハのチップ領域
3 スクリーニング用の電極パッド(試験用パッド)
4 半導体ウエハのスクライブライン
10 トレンチゲート
10' ダミートレンチゲート
11 トレンチ
11a トレンチの上方コーナー部
12 絶縁膜
13 ゲート電極
20 ポリシリコン層
21 ポリシリコン層の第1ゲート部(ゲート電極)
22 ポリシリコン層の第2ゲート部(ゲートランナー)
23 ポリシリコン層の第3ゲート部(ゲートフィンガー)
24 ポリシリコン層のパッド部(試験用パッド)
25 ポリシリコン層の第1連結部
26,26',28,28’ ポリシリコン層の第2連結部
27 ポリシリコン層の第3連結部
31a ゲートトレンチ
31b ダミートレンチ
32a ゲート絶縁膜
32b ダミーゲート絶縁膜
33a ゲート電極
33b ダミーゲート電極
d 半導体ウエハのおもて面からポリシリコン層の第1ゲート部の上端までの深さ
X 半導体ウエハのおもて面に平行な方向(第1方向)
Y 半導体ウエハのおもて面に平行な方向でかつ第1方向と直交する方向(第2方向)
Z 深さ方向
1 semiconductor wafer 2 chip area of semiconductor wafer 3 electrode pad for screening (test pad)
4 semiconductor wafer scribe line 10 trench gate 10' dummy trench gate 11 trench 11a upper corner portion of trench 12 insulating film 13 gate electrode 20 polysilicon layer 21 first gate portion of polysilicon layer (gate electrode)
22 Polysilicon layer second gate (gate runner)
23 Third gate part (gate finger) of polysilicon layer
24 Polysilicon layer pad (test pad)
25 1st connection part 26, 26', 28, 28' of polysilicon layer 2nd connection part of polysilicon layer 27 3rd connection part of polysilicon layer 31a Gate trench 31b Dummy trench 32a Gate insulating film 32b Dummy gate insulating film 33a Gate electrode 33b Dummy gate electrode d Depth from front surface of semiconductor wafer to upper end of first gate portion of polysilicon layer X Direction parallel to front surface of semiconductor wafer (first direction)
Y A direction parallel to the front surface of the semiconductor wafer and orthogonal to the first direction (second direction)
Z depth direction

Claims (7)

トレンチゲート構造を備えた半導体装置の製造方法であって、
半導体ウエハの第1主面側に、前記トレンチゲート構造を構成する所定の半導体領域を形成する第1工程と、
前記半導体ウエハの第1主面から所定深さのトレンチを形成する第2工程と、
前記半導体ウエハの第1主面から前記トレンチの内壁にわたって絶縁膜を形成する第3工程と、
前記絶縁膜の上に導電体層を堆積して、前記トレンチの内部を前記導電体層で埋める第4工程と、
前記導電体層を選択的に除去して、前記導電体層のうち、前記トレンチゲート構造を構成するゲート電極となる部分を前記トレンチの内部に残す第5工程と、
前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に所定電圧を印加して耐圧試験を行う第6工程と、
前記第6工程の後、前記半導体ウエハの第1主面に、前記半導体領域に電気的に接続された第1電極を形成する第7工程と、
前記第6工程の後、前記半導体ウエハの第2主面に第2電極を形成する第8工程と、
を含み、
前記第5工程では、前記ゲート電極の上端の位置を、前記トレンチの上方のコーナー部よりも低い位置にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate structure, comprising:
A first step of forming a predetermined semiconductor region forming the trench gate structure on the first main surface side of the semiconductor wafer;
A second step of forming a trench having a predetermined depth from the first main surface of the semiconductor wafer;
A third step of forming an insulating film from the first main surface of the semiconductor wafer to the inner wall of the trench;
A fourth step of depositing a conductor layer on the insulating film and filling the inside of the trench with the conductor layer;
A fifth step of selectively removing the conductor layer to leave a portion of the conductor layer, which will be a gate electrode forming the trench gate structure, inside the trench;
A sixth step of applying a predetermined voltage to the insulating film via the gate electrode to perform a withstand voltage test;
A seventh step of forming a first electrode electrically connected to the semiconductor region on the first main surface of the semiconductor wafer after the sixth step;
An eighth step of forming a second electrode on the second main surface of the semiconductor wafer after the sixth step,
Including,
In the fifth step, the position of the upper end of the gate electrode is lower than the upper corner portion of the trench.
前記第2工程では、複数の前記トレンチを形成し、
前記第5工程では、前記導電体層のうち、すべての前記トレンチの内部の前記ゲート電極に電気的に接続された電極パッドとなる部分を前記半導体ウエハのスクライブラインに残し、
前記第6工程では、前記電極パッドおよび前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に前記所定電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In the second step, a plurality of the trenches are formed,
In the fifth step, of the conductor layer, a portion to be an electrode pad electrically connected to the gate electrode inside all the trenches is left in a scribe line of the semiconductor wafer,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the sixth step, the predetermined voltage is applied to the insulating film via the electrode pad and the gate electrode.
前記トレンチゲート構造は、
素子の制御に寄与する第1トレンチゲート構造と、
素子の制御に寄与しない第2トレンチゲート構造と、を有し、
前記第6工程の後、前記第7工程の前に、前記導電体層の残部を選択的に除去する第9工程をさらに含み、
前記第9工程では、前記ゲート電極を、前記第1トレンチゲート構造を構成する第1ゲート電極と、前記第2トレンチゲート構造を構成する第2ゲート電極と、に分離することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The trench gate structure is
A first trench gate structure that contributes to device control;
A second trench gate structure that does not contribute to control of the device,
After the sixth step and before the seventh step, the method further includes a ninth step of selectively removing the remaining portion of the conductor layer,
In the ninth step, the gate electrode is divided into a first gate electrode forming the first trench gate structure and a second gate electrode forming the second trench gate structure. Item 2. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
前記第2工程では、複数の前記トレンチを形成し、
前記第5工程では、前記導電体層のうち、すべての前記トレンチの内部の前記ゲート電極に連結されたゲート配線層となる部分を残し、
前記第6工程では、前記ゲート配線層および前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に前記所定電圧を印加し、
前記第9工程では、前記第2ゲート電極と前記ゲート配線層との連結部を除去することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
In the second step, a plurality of the trenches are formed,
In the fifth step, of the conductor layer, a portion to be a gate wiring layer connected to the gate electrodes inside all the trenches is left,
In the sixth step, the predetermined voltage is applied to the insulating film via the gate wiring layer and the gate electrode,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein in the ninth step, the connecting portion between the second gate electrode and the gate wiring layer is removed.
前記第5工程では、前記導電体層のうち、前記ゲート配線層に連結された電極パッドとなる部分を、前記ゲート配線層から離して前記半導体ウエハのスクライブラインに残し、
前記第6工程では、前記電極パッド、前記ゲート配線層および前記ゲート電極を介して前記絶縁膜に前記所定電圧を印加することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
In the fifth step, a portion of the conductor layer, which will be an electrode pad connected to the gate wiring layer, is separated from the gate wiring layer and left on a scribe line of the semiconductor wafer,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein in the sixth step, the predetermined voltage is applied to the insulating film via the electrode pad, the gate wiring layer, and the gate electrode.
前記第5工程では、前記ゲート電極の上端の位置を、前記トレンチの上方のコーナー部の曲率部よりも低い位置にすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 6. The semiconductor according to claim 1, wherein in the fifth step, a position of an upper end of the gate electrode is set to a position lower than a curvature portion of a corner portion above the trench. Device manufacturing method. 前記第5工程では、前記ゲート電極の上端の位置を、前記半導体ウエハの第1主面から0.1μm以上0.5μm以下だけ低い深さにすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 7. In the fifth step, the position of the upper end of the gate electrode is set to a depth lower than the first main surface of the semiconductor wafer by 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
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