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JP7313082B2 - 半導体パワーデバイスの製造方法 - Google Patents

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JP7313082B2 JP2021576567A JP2021576567A JP7313082B2 JP 7313082 B2 JP7313082 B2 JP 7313082B2 JP 2021576567 A JP2021576567 A JP 2021576567A JP 2021576567 A JP2021576567 A JP 2021576567A JP 7313082 B2 JP7313082 B2 JP 7313082B2
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Description

本願は、出願日が２０２０年１０月２０日で、出願番号が２０２０１１１２７６３１．１の中国特許出願の優先権を主張し、該出願のすべての内容が引用により本願に援用される。
本発明は半導体パワーデバイスの技術分野に属し、例えば、半導体パワーデバイスの製造方法に関する。
関連技術の半導体パワーデバイスの製造方法は、提供されたシリコン基板にハードマスクを形成し、フォトリソグラフィを採用して溝の位置を定義してから、溝の位置におけるハードマスクをエッチング除去することと、エッチングしたハードマスクをマスクとして、シリコン基板をエッチングして、溝を形成することと、溝の底部表面と側面とを覆うように第１誘電体層を形成することと、第１ポリシリコン層を沈殿し、第１ポリシリコン層は、第１誘電体層が形成された溝を、完全に充填し、かつ、溝の外部まで延在することと、ポリシリコンをエッチバックして、溝の外部に位置する第１ポリシリコン層をエッチング除去し、エッチング後に残った第１ポリシリコン層は、シールドゲートを形成することと、溝の側面のシリコンと第１ポリシリコン層とを自己整合の境界として、第１誘電体層を自己整合的にエッチングし、自己整合的なエッチングで、溝の頂部に位置する第１誘電体層を除去し、溝の底部に位置する第１誘電体層を保留し、保留した第１誘電体層は、次いで形成するボディ領域の底部に位置することと、第１誘電体層を除去した溝の頂部領域の内部の表面に第４絶縁層を形成し、第４絶縁層の厚さは、第１誘電体層の厚さより小さいことと、第２ポリシリコン層を沈殿し、第２ポリシリコン層は第１誘電体層を除去した後、かつ第４絶縁層が形成された溝の頂部領域を、完全に充填することと、ポリシリコンをエッチバックして、溝の外部に位置する第２ポリシリコン層を除去し、エッチング後に残った第２ポリシリコン層は、ポリシリコンゲートを形成することと、を含む。関連技術の半導体パワーデバイスの製造方法において、ポリシリコンゲートの品質を保証するために、十分な厚さの第１誘電体層を形成する必要があるが、第１誘電体層の厚さは、溝の底部の電荷空乏に影響し、それにより半導体パワーデバイスの耐圧に影響する。
本願は、ゲートの品質を保証する条件下で、半導体パワーデバイスの耐圧に影響を与えないことができる半導体パワーデバイスの製造方法を提供する。
第１方面において、本願は、
ｎ型基板上に第１絶縁層を形成し、前記第１絶縁層をエッチングして開口を形成することと、
前記開口内に絶縁側壁を形成することと、
前記第１絶縁層と前記絶縁側壁とをマスクとして、前記ｎ型基板をエッチングして前記ｎ型基板内に第１溝を形成することと、
前記第１溝内に第２絶縁層とシールドゲートとを形成することと、
前記シールドゲートの表面に第３絶縁層を形成することと、
前記絶縁側壁をエッチング除去し、前記第１絶縁層と、前記第２絶縁層と、前記第３絶縁層とをマスクとして、前記ｎ型基板をエッチングして、前記ｎ型基板内に第２溝を形成することと、を含む、
半導体パワーデバイスの製造方法、を提供する。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、
前記第２溝内に第４絶縁層とゲートとを形成し、前記ゲートは前記第２絶縁層によって前記シールドゲートと分離されることと、
前記第１絶縁層と前記第３絶縁層とをエッチング除去することと、
前記ｎ型基板内にｐ型ボディ領域を形成することと、
前記ｐ型ボディ領域内にｎ型ソース領域を形成することと、を更に含む。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、
前記第１絶縁層と前記第３絶縁層と前記第２溝の側壁位置における前記第２絶縁層とをエッチング除去することと、
前記第２溝内に第４絶縁層とゲートとを形成し、前記ゲートは前記第４絶縁層によって前記シールドゲートと分離されることと、
前記ｎ型基板内にｐ型ボディ領域を形成することと、
前記ｐ型ボディ領域内にｎ型ソース領域を形成することと、を更に含む。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、前記第１絶縁層が酸化シリコン層を含む。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、前記第２絶縁層が酸化シリコン層である。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、前記第３絶縁層が酸化シリコン層である。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、前記絶縁側壁が窒化シリコン層である。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、前記第２溝をエッチングで形成する時、異方性エッチングと等方性エッチングとを結合するエッチング方法を採用する。
好ましくは、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、前記第２溝の深度が前記第１溝の深度より小さい。
本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法において、１回のフォトリソグラフィで、第１溝を形成し、第１絶縁層と第２絶縁層と第３絶縁層とをマスクとして、自己整合的にｎ型基板をエッチングし、ｎ型基板内に第２溝を形成し、第２溝内に第４絶縁層とゲートとを形成する。本願の半導体パワーデバイスの製造方法において、ゲートの形成品質は、第２絶縁層の厚さにより制限されない。ゲートの品質を保証する条件下で第２絶縁層の厚さを減少させ、半導体パワーデバイスの耐圧に影響を与えないことができる。
図１は、本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法の一実行例の製造プロセスにおける主要構造の断面構造模式図である。 図２は、本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法の一実行例の製造プロセスにおける主要構造の断面構造模式図である。 図３は、本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法の一実行例の製造プロセスにおける主要構造の断面構造模式図である。 図４は、本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法の一実行例の製造プロセスにおける主要構造の断面構造模式図である。 図５は、本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法の一実行例の製造プロセスにおける主要構造の断面構造模式図である。 図６は、本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法の一実行例の製造プロセスにおける主要構造の断面構造模式図である。
以下本発明の実施例における図面に結び付けて、本発明の技術手段を完全に説明する。明らかに、記載された実施例はすべての実施例ではなく、本発明の実施例の一部である。同時に、本発明の具体的な実施形態を明確に説明するため、明細書の図面にリストされた模式図は、本願に記載された層と領域の厚さが拡大されており、リストされた図形の大きさは実際の大きさを表すものではない。
図１～６は、本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法の一実行例の製造プロセスにおける主要構造の断面構造模式図である。
まず、図１に示すように、提供されたｎ型基板２０に第１絶縁層３１を形成し、ｎ型基板２０は通常ｎ型シリコン基板である。第１絶縁層３１は酸化シリコン層を含み、例えば、酸化シリコン層または酸化シリコン層―窒化シリコン層―酸化シリコン層の積層であってもよい。フォトリソグラフィで開口の位置を定義してから、第１絶縁層３１をエッチングして、第１絶縁層３１に少なくとも１つの開口４０を形成する。開口４０の数はデザインされる半導体パワーデバイスの規格によって確定する。例示的に本願の実行例には２つの開口４０のみを示す。
次いで、図２に示すように、第１絶縁層３１の開口内に絶縁側壁３２を形成する。好ましくは、絶縁側壁３２は窒化シリコン層である。例示的に当該プロセスは以下を含む。先に１つの窒化シリコン層を沈殿し、沈殿で形成された窒化シリコン層をエッチバックして、自己整合的に開口４０内の側壁の位置に絶縁側壁３２を形成する。絶縁側壁３２を形成した後、第１絶縁層３１と、絶縁側壁３２とをマスクとして、ｎ型基板２０をエッチングして、ｎ型基板２０内に第１溝４１を形成する。
次いで、図３に示すように、第１溝内に第２絶縁層２１とシールドゲート２２を形成する。好ましくは、第２絶縁層２１は酸化シリコン層であり、熱酸化プロセスで形成する。シールドゲート２２は通常ポリシリコンゲートであり、形成プロセスは以下を含む。第２絶縁層２１を形成した後、先に１つの層のポリシリコンを沈殿してから、沈殿したポリシリコン層をエッチバックし、エッチング後に残ったポリシリコン層が、シールドゲート２２を形成する。シールドゲート２２を形成した後、シールドゲート２２の表面に第３絶縁層３３を形成する。好ましくは、第３絶縁層３３は酸化シリコン層であり、熱酸化プロセスで形成する。この時、第３絶縁層３と第２絶縁層２１とが接続され、これによりシールドゲート２２は第２絶縁層２１と第３絶縁層３３とに囲まれる。
次いで、図４に示すように、絶縁側壁をエッチング除去し、第１絶縁層３１と、第２絶縁層２１と、第３絶縁層３３とをマスクとして、自己整合的にｎ型基板２０をエッチングして、ｎ型基板２０内に第２溝４２を形成する。第２溝４２の深度は第１溝の深度より小さい。エッチングで第２溝４２を形成する時、異方性エッチングと等方性エッチングとを結合するエッチング方法を採用してもよい。これにより、第２溝４２の幅を増加させることができ、第２溝４２の幅を前に形成した絶縁側壁の幅より大きくし、後で形成するゲートの幅を増加させることができる。これにより、ゲートはより容易に引き出される。
なお、熱酸化プロセスで第２絶縁層２１を形成する時、第１溝の側壁の位置におけるｎ型基板２０が酸化される厚さを絶縁側壁の厚さより小さくすることによって、絶縁側壁をエッチング除去した後ｎ型基板２０が露出することを保証する。これにより、ｎ型基板２０をエッチングして、第２溝４２を形成することができる。
次いで、図５に示すように、第２溝内に第４絶縁層２３を形成する。第４絶縁層２３は通常酸化シリコン層であり、熱酸化プロセスで形成する。その後第２溝内にゲート２４を形成する。その形成プロセスは以下を含む。先に１つの層のポリシリコンを沈殿してから、沈殿したポリシリコン層をエッチバックする。エッチング後に残ったポリシリコン層は、ゲート２４を形成する。ゲート２４は、第２絶縁層２１によってシールドゲート２２と分離される。その後第１絶縁層と第３絶縁層とをエッチング除去する。
好ましくは、第２溝を形成した後、先に第１絶縁層と、第３絶縁層と、第２溝の側壁位置における第２絶縁層２１とをエッチング除去してから、熱酸化プロセスで第４絶縁層２３を形成してもよい。この時、シールドゲート２２の露出される側壁に第４絶縁層２３も形成する。ゲート２４を形成した後、ゲート２４は第４絶縁層２３によってシールドゲート２２と分離される。図６に示すように、この時ゲート２４は、もっと大きい幅を有して、もっと容易に外部電極に引き出されることができる。
次いで、通常プロセスで、ｎ型基板内にｐ型ボディ領域を形成し、ｐ型ボディ領域内にｎ型ソース領域を形成し、その後、分離誘電体層と金属層などを形成すれば半導体パワーデバイスを得ることができる。
本願に係る半導体パワーデバイスの製造方法は、１回のフォトリソグラフィで第１溝を形成し、第１溝内にシールドゲート構造を形成してから、第１絶縁層と、第２絶縁層と、第３絶縁層とをマスクとして、自己整合的にｎ型基板をエッチングしてｎ型基板内に第２溝を形成する。第２溝内に第４絶縁層とゲートとを形成する。したがって、本願の半導体パワーデバイスの製造方法は、ゲートが第１溝の両側の第２溝内に形成されるので、ゲートの形成品質は第２絶縁層の厚さによる制限を受けない。ゲートの品質を保証する条件下で、第２絶縁層の厚さを減少させ、半導体パワーデバイスの耐圧に影響を与えないようにすることができる。

Claims (9)

  1. ｎ型基板上に第１絶縁層を形成し、前記第１絶縁層をエッチングして開口を形成することと、
    前記開口内に絶縁側壁を形成することと、
    前記第１絶縁層と前記絶縁側壁とをマスクとして前記ｎ型基板をエッチングして、前記ｎ型基板内に第１溝を形成することと、
    前記第１溝内に、第２絶縁層とシールドゲートとを形成することと、
    前記シールドゲートの表面に第３絶縁層を形成することと、
    前記絶縁側壁をエッチング除去し、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層と前記第３絶縁層とをマスクとして前記ｎ型基板をエッチングして、前記ｎ型基板内に第２溝を形成することと、
    を含む、半導体パワーデバイスの製造方法。
  2. 前記第２溝内に、第４絶縁層とゲートとを形成し、前記ゲートは、前記第２絶縁層によって前記シールドゲートと分離されることと、
    前記第１絶縁層と前記第３絶縁層とをエッチング除去することと、
    前記ｎ型基板内にｐ型ボディ領域を形成することと、
    前記ｐ型ボディ領域内にｎ型ソース領域を形成することと、
    を更に含む、請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
  3. 前記第１絶縁層と、前記第３絶縁層と、前記第２溝の側壁位置における前記第２絶縁層とをエッチング除去することと、
    前記第２溝内に、第４絶縁層とゲートとを形成し、前記ゲートは、前記第４絶縁層によって前記シールドゲートと分離されることと、
    前記ｎ型基板内にｐ型ボディ領域を形成することと、
    前記ｐ型ボディ領域内にｎ型ソース領域を形成することと、
    を更に含む、請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
  4. 前記第１絶縁層は、酸化シリコン層を含む、
    請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
  5. 前記第２絶縁層は、酸化シリコン層である、
    請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
  6. 前記第３絶縁層は、酸化シリコン層である、
    請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
  7. 前記絶縁側壁は、窒化シリコン層である、
    請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
  8. 前記第２溝をエッチングで形成する時、異方性エッチングと等方性エッチングとを結合するエッチング方法を採用する、
    請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
  9. 前記第２溝の深度は、前記第１溝の深度より小さい、
    請求項１に記載の半導体パワーデバイスの製造方法。
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