JP3850933B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくいえば、トレンチ型のパワーMOSFETの製造方法の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】
以下で従来例に係る半導体装置について図9を参照しながら説明する。図9は、いわゆるトレンチ構造のパワーMOSFETの構造を示す断面図である。
このパワーMOSFETにおいては、図9に示すようにN+ 型の半導体基板8の表層にN- 型の共通ドレイン層1がエピタキシャル成長法によって形成され、この共通ドレイン層1の表層に、P+ 型の不純物が拡散されることでチャネル層2が形成されている。またチャネル層2の表層の一部には、N+ 型の不純物が拡散されることによりソース領域5が形成されており、これらを貫通するように溝(トレンチ)が設けられている。このトレンチの表層にはゲート絶縁膜3が形成され、ゲート絶縁膜3上にはこのトレンチを充填するようにポリシリコンゲート4が形成されている。
【0003】
ポリシリコンゲート4上にはこれを被覆するように層間絶縁膜6が形成されている。ソース領域5の形成領域の層間絶縁膜6にはコンタクトホールが形成されており、ソース領域5とコンタクトをとる配線層7が形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造のパワーMOSFETを形成するには、従来の製法では、(1)ガードリングの形成工程、(2)素子分離の工程、(3)素子領域にチャネル層を形成する工程、(4)ボディ領域形成の工程、(5)ソース領域形成の際の不純物拡散工程、(6)トレンチ形成の工程、(7)ゲート電極形成工程、(8)層間絶縁膜にソース領域とのコンタクトホールを形成する工程、(9)配線層のパターニング工程において各々にパターニングのためのフォトリソ工程に必須のフォトマスクが必要であって、合計9枚ものフォトマスクが必要になっていた。
【0005】
このため、マスク工程やこれに付随する工程が非常に多くなり、製造工程が繁雑になり、製造コストが高くなってしまうという問題が生じていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の欠点に鑑み成されたもので、図1に示すように、一導電型の半導体基板の表層に、一導電型の共通ドレイン層を形成したのちに、前記共通ドレイン層の表層全面に逆導電型の不純物を拡散してチャネル層を形成する工程と、前記チャネル層上に第1の導電体層,第1の絶縁膜を順次形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にフォトレジストを形成し、フォトマスクを用いて選択的に前記フォトレジストを露光したのちにパターニングして、後にゲート電極を形成するべき領域に選択的に形成する工程と、前記パターニングされたフォトレジストをマスクにして、前記第1の絶縁膜及び前記第1の導電体層をエッチングによりパターニングして第1の導電体層からなるソース電極を形成する工程と、前記第1の絶縁膜及び前記ソース電極をマスクにして前記チャネル層の表面に一導電型の不純物を拡散してソース領域を形成する工程と、前記ソース電極の側壁及び上面を被覆する第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜をマスクにして前記チャネル層及び前記共通ドレイン層をエッチングし、前記ソース電極の形成領域以外の領域に溝を形成する工程と、前記溝の表面に第3の絶縁膜を形成する工程と、前記溝を充填し、かつ前記第2の絶縁膜を被覆する第2の導電体層を全面にわたって形成してゲート電極とする工程と、前記第2の導電体層の上に、配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法により、上記課題を解決するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下で、本発明の実施形態に係るトレンチ構造のパワーMOSFETについて図面を参照しながら説明する。
最初にこのパワーMOSFETの構造について説明する。図1は本実施形態に係るパワーMOSFETの構造を示す断面図である。
【0008】
このパワーMOSFETにおいては、図1に示すように、N+ 型シリコンからなる半導体基板10上に、エピタキシャル成長で形成されたN- 型の共通ドレイン層11が形成されている。そしてこの共通ドレイン層11の表層に、P+ 型不純物拡散層からなるチャネル層12が形成されている。この半導体基板11にはチャネル層12を貫通して内部まで達するトレンチが複数形成されており、トレンチの表面には膜厚500Å程度のシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜18が形成されている。
【0009】
トレンチによって複数に分離されたチャネル層12の表層の一部にはN+ 型不純物拡散層からなるソース領域15が形成されており、チャネル層12上にはソース領域15と接触するように厚さ5000Å程度のポリシリコン層からなるソース電極13が形成されている。
また、ソース電極13を被覆するように膜厚5000Å程度のシリコン酸化膜からなる絶縁膜16が形成されており、トレンチを充填して絶縁膜16を被覆するように全面にポリシリコンからなるゲート電極19が形成されている。さらに、ゲート電極19上には膜厚1μm程度のアルミニウムからなる配線層20が形成されている。
【0010】
以下で、その製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、図2〜図8においては、半導体基板10については図示していない。
まず、N+ 型の半導体基板10の表層にエピタキシャル成長法によってN- 型の共通ドレイン層11を形成した後に、図2に示すように共通ドレイン層11の表層の全面にP+ 型不純物であるB+を例えば、ドーズ量5×1013cm-2程度の条件で注入して拡散することでチャネル層12を形成し、その上面にCVD法によりポリシリコン層13Aを5000Å程度の厚さに形成する。その後、ポリシリコン層13Aを酸化してその上面に膜厚5000Å程度の酸化膜14を形成する。その後上面にフォトレジストPRを1μm程度の厚さに塗布し、フォトマスクPMを用いて、後にソース電極を形成する領域以外の領域のフォトレジストPRを選択的に露光する。
【0011】
次に、フォトレジストPRを現像し、露光領域を除去した後に、後にソース電極を形成する領域に残存するフォトレジストPR′をマスクにして、酸化膜14,ポリシリコン層13Aを順次エッチング・除去してソース電極13を形成する(図3)。
次いで、図4に示すように、パターニングされた酸化膜14,ソース電極13をマスクにして、N+ 型不純物であるASをドーズ量1×1016cm-2の条件でチャネル層12の表層に注入・拡散して、ソース領域15を形成する。
【0012】
次に、全面を酸化して膜厚8000Å程度のシリコン酸化膜を形成した後に、全面をドライエッチングしてソース領域15の形成領域のシリコン酸化膜をエッチング・除去してソース領域15を露出し、ソース電極13の側壁スペーサとともにソース電極13の上面にある酸化膜14と一体化してソース電極を被覆する絶縁膜16を形成する(図5)。
【0013】
次いで、図6に示すように絶縁膜16をマスクにしてチャネル層12及び共通ドレイン層11をドライエッチングし、これらを貫通する深さ3μm程度のトレンチ17を形成する。その後、トレンチ17の表面を熱酸化することにより、膜厚500Å程度のゲート絶縁膜18を形成する。なお、この500Åという値は、30V系のパワーMOSFETの際の値であって、この膜厚はパワーMOSFETの耐圧などにより左右される。
【0014】
次に、図7に示すようにCVD法などにより全面にポリシリコン層を積層して、トレンチを充填し、かつ絶縁膜16を全面被覆するゲート電極19を形成する。
次いで、図8に示すようにスパッタ法などで膜厚1μm程度のアルミニウムからなる配線層20を積層する。
【0015】
その後、配線層20上に不図示のフォトレジストを塗布して、2枚めのフォトマスクを使ったフォトリソグラフィ法によって、このフォトレジストをパターニングし、このパターニングされたレジストをマスクにして配線層20及びゲート電極19をエッチング・除去してパターニングすることにより、図1に示すようなパワーMOSFETが完成する。
【0016】
以上説明したように、本実施形態に係るパワーMOSFETによれば、図1に示すような構造を有し、図3に示すように1枚のフォトマスクPMを用いてパターニングされたフォトレジストPRをマスクにして酸化膜14及びポリシリコン層13Aをパターニングしてソース電極13を形成した後には、これらをマスクにして図4のソース領域15の形成工程、図6のトレンチ17の形成工程など、殆どの工程をセルフアラインで実施する事ができる。
【0017】
よって、配線層20のパターニング工程に用いるフォトマスクを含めても、2枚のフォトマスクしか必要としないので、9枚ものフォトマスクを製造に用いていた従来の製造方法に比して、マスク工程やこれに付随する工程の大幅な削減が可能になり、製造工程の省力化、製造コストの大幅な削減が可能になる。
なお、本実施形態では素子分離に係る工程が一切説明されていないが、上記の工程で製造した後に、ダイシングによって素子ごとに切り出して分離するので、素子分離の際にはフォトマスクは一切不要である。
【0018】
上記した実施形態では、NchMOSFETについて説明したが、本発明はNchMOSFETに限られるものではなく、PchMOSFETにも適用できることは説明するまでもない。
また、本実施形態では、ソース電極13及びゲート電極19をポリシリコンで形成しているが、本発明はこれに限らず、例えばポリサイドや、金属を用いてもよい。
【0019】
さらに、種々の膜厚その他の条件についても、上記の数値に限られるものでないことはいうまでもない。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、1枚のフォトマスクを用いてパターニングされたフォトレジストをマスクにして第1の絶縁膜及び第1の導電体層をパターニングした後には、これをマスクにしてソース領域の形成、溝の形成ができ、その後の工程においては配線層のパターニング工程までフォトマスクを必要とせず、殆どの工程がセルフアラインで実施することができる。
【0021】
これにより、配線層のパターニング工程まで含めても2枚のフォトマスクしか必要としないので、9枚ものフォトマスクを製造に用いていた従来の製造方法に比して、マスク工程やこれに付随する工程の大幅な削減が可能になり、製造工程の省力化、製造コストの大幅な削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るトレンチ型のパワーMOSFETの構造を説明する断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第1の断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第2の断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第3の断面図である。
【図5】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第4の断面図である。
【図6】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第5の断面図である。
【図7】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第6の断面図である。
【図8】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第7の断面図である。
【図9】従来のトレンチ型のパワーMOSFETの構造を説明する断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improvement in a method for manufacturing a trench type power MOSFET.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a conventional semiconductor device will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a power MOSFET having a so-called trench structure.
In this power MOSFET, as shown in FIG. 9, an N − type
[0003]
An
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to form a power MOSFET having such a structure, in the conventional manufacturing method, (1) a guard ring forming step, (2) an element isolating step, (3) a channel layer forming step in the element region, (4 ) Body region forming step, (5) impurity diffusion step during source region formation, (6) trench forming step, (7) gate electrode forming step, and (8) contact hole with the source region in the interlayer insulating film. In the step of forming and (9) the patterning step of the wiring layer, the photomasks essential for the photolithographic step for patterning are necessary, and a total of nine photomasks are necessary.
[0005]
For this reason, the mask process and the process accompanying this became very many, the manufacturing process became complicated, and the problem that manufacturing cost became high had arisen.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional disadvantages. As shown in FIG. 1, after forming a one-conductivity-type common drain layer on the surface layer of one-conductivity-type semiconductor substrate, A step of diffusing a reverse conductivity type impurity over the entire surface layer to form a channel layer; a step of sequentially forming a first conductor layer and a first insulating film on the channel layer; and the first insulating film. Forming a photoresist thereon, selectively exposing the photoresist using a photomask and then patterning the photoresist, and selectively forming the photoresist in a region where a gate electrode is to be formed later; and Using the resist as a mask, patterning the first insulating film and the first conductor layer by etching to form a source electrode made of the first conductor layer; and Forming a source region by diffusing impurities of one conductivity type on the surface of the channel layer using a source electrode as a mask; and forming a second insulating film covering a side wall and an upper surface of the source electrode; Etching the channel layer and the common drain layer using the second insulating film as a mask to form a groove in a region other than the source electrode forming region; and a third insulating film on the surface of the groove Forming a gate electrode by filling the groove and covering the second insulating film over the entire surface to form a gate electrode, over the second conductor layer In addition, the above-described problem is solved by a method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a wiring layer.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a power MOSFET having a trench structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the structure of this power MOSFET will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a power MOSFET according to this embodiment.
[0008]
In this power MOSFET, as shown in FIG. 1, an N− type
[0009]
A
An
[0010]
The manufacturing method will be described below with reference to the drawings. Note that the
First, after an N− type
[0011]
Next, after developing the photoresist PR and removing the exposed region, the
Next, as shown in FIG. 4, the patterned
[0012]
Next, after oxidizing the entire surface to form a silicon oxide film having a thickness of about 8000 mm, the entire surface is dry etched to etch and remove the silicon oxide film in the formation region of the
[0013]
Next, as shown in FIG. 6, the
[0014]
Next, as shown in FIG. 7, a polysilicon layer is laminated on the entire surface by CVD or the like, and a
Next, as shown in FIG. 8, a
[0015]
Thereafter, a photoresist (not shown) is applied on the
[0016]
As described above, according to the power MOSFET according to the present embodiment, the photoresist PR having the structure shown in FIG. 1 and patterned using one photomask PM as shown in FIG. After forming the
[0017]
Therefore, even if the photomask used for the patterning process of the
In this embodiment, the process related to element isolation is not explained at all. However, after manufacturing in the above process, each element is cut out and separated by dicing, so that no photomask is required for element isolation. is there.
[0018]
In the above-described embodiment, the Nch MOSFET has been described. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the Nch MOSFET and can also be applied to the Pch MOSFET.
In the present embodiment, the
[0019]
Furthermore, it goes without saying that various film thicknesses and other conditions are not limited to the above values.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first insulating film and the first conductor layer are patterned using the photoresist patterned using one photomask as a mask. After that, a source region and a groove can be formed using this as a mask, and in the subsequent steps, a photomask is not required until the wiring layer patterning step, and most of the steps can be carried out by self-alignment. .
[0021]
As a result, only two photomasks are required even including the patterning process of the wiring layer. Therefore, compared with the conventional manufacturing method in which as many as nine photomasks are used for manufacturing, the mask process and the accompanying process are accompanied. The process can be greatly reduced, and the manufacturing process can be labor-saving and the manufacturing cost can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of a trench type power MOSFET according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a first cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 3 is a second cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 4 is a third cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 5 is a fourth cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 6 is a fifth cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 7 is a sixth cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 8 is a seventh cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the structure of a conventional trench type power MOSFET.
Claims (4)
前記チャネル層上に第1の導電体層,第1の絶縁膜を順次形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にフォトレジストを形成し、フォトマスクを用いて選択的に前記フォトレジストを露光したのちにパターニングして、後にゲート電極を形成するべき領域を選択的に形成する工程と、
前記パターニングされたフォトレジストをマスクにして、前記第1の絶縁膜及び前記第1の導電体層をエッチングによりパターニングして第1の導電体層からなるソース電極を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜及び前記ソース電極をマスクにして前記チャネル層の表面に一導電型の不純物を拡散してソース領域を形成する工程と、
前記ソース電極の側壁及び上面を被覆する第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜をマスクにして前記チャネル層及び前記共通ドレイン層をエッチングし、前記ソース電極の形成領域以外の領域に溝を形成する工程と、
前記溝の表面に第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記溝を充填し、かつ前記第2の絶縁膜を被覆する第2の導電体層を全面にわたって形成してゲート電極とする工程と、
前記第2の導電体層の上に、配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。A common drain layer of one conductivity type is formed by epitaxial growth on the surface layer of a high concentration semiconductor substrate of one conductivity type, and then a channel layer is formed by diffusing reverse conductivity type impurities over the entire surface layer of the common drain layer. Process,
Sequentially forming a first conductor layer and a first insulating film on the channel layer;
Forming a photoresist on the first insulating film, selectively exposing the photoresist using a photomask, and then patterning to selectively form a region where a gate electrode is to be formed later; ,
Patterning the first insulating film and the first conductor layer by etching using the patterned photoresist as a mask to form a source electrode made of the first conductor layer;
Forming a source region by diffusing impurities of one conductivity type on the surface of the channel layer using the first insulating film and the source electrode as a mask;
Forming a second insulating film covering a side wall and an upper surface of the source electrode;
Etching the channel layer and the common drain layer using the second insulating film as a mask to form a groove in a region other than the source electrode formation region;
Forming a third insulating film on the surface of the groove;
Forming a second conductor layer that fills the trench and covers the second insulating film over the entire surface to form a gate electrode;
And a step of forming a wiring layer on the second conductor layer.
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JP29071296A JP3850933B2 (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Manufacturing method of semiconductor device |
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