JP3667907B2 - 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半導体装置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の製造方法について図7〜図12を参照しながら説明する。図7〜図12は、従来のいわゆるトレンチ構造のパワーMOSFETの製造方法を説明する断面図である。
まず、図7に示すように、n+ 型のシリコンからなる半導体基板1Aの表層にn- 型のドレイン層1Bを形成し、その表層にp+ 型のチャネル層1Cを形成する。さらにチャネル層1Cの上に酸化膜3を形成し、選択的にn+ 型不純物を注入・拡散してソース領域2を形成する。その後、ソース領域2近くの酸化膜3,半導体基板1を選択的にエッチングしてトレンチ4を形成する。
【0003】
次に、図8に示すように全面を熱酸化することにより酸化膜5をトレンチ4の内壁に形成する。
次いで、図9に示すように全面にポリシリコン層6を形成してトレンチ4の内部にまで充填させたのちに、全面をエッチバックして基板表面のポリシリコン層6を除去し、図10に示すようにトレンチ4の中に充填されたゲート電極7と、引出電極パッド8を同時に形成する。
【0004】
次に、図11に示すように、CVD法により酸化膜などよりなる層間絶縁膜9を全面に形成してゲート電極7及び引出電極パッド8を被覆した後に、ソース領域2の一部領域にある層間絶縁膜9を除去し、図12に示すようにソース領域2とコンタクトをとるメタル配線層10を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の製造方法によれば、ポリシリコン層6のトレンチ4上のくぼみを無くすためには、通常の条件でポリシリコン層6を1.5μm程度積層する必要があるが、この際に図10に示す段差dもまた1.5μmと大きくなってしまうので、この段差によりステップカバレージが劣化し、段差部における絶縁耐圧低下、またはその上に形成するメタル配線層10が断線してしまうなどといった不具合の原因となってしまう。
【0006】
さらに、CVD法によって層間絶縁膜を堆積する必要があり、工程数も多くなっていた。
【0007】
【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、半導体基板に溝を形成する工程と、前記溝を充填し、かつ前記半導体基板全面を被覆する導電体層を形成する工程と、パッドを形成する領域にマスクを選択形成し、前記導電体層の膜厚のほぼ半分程度の膜厚まで前記導電体層をエッチバックする工程と、前記導電体層を熱酸化して、溝に充填された前記導電体層と前記パッド領域に残存する導電体層とを電気的に分離する層間絶縁膜を形成する工程とを有する事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。
【0008】
【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。図1〜図6は、本実施形態に係るパワーMOSFETの製造方法を説明する断面図である。
まず、図1に示すようにn+ 型のシリコンからなる半導体基板11Aの表層にn- 型のドレイン層11Bをエピタキシャル成長法で形成し、その表層にp+ 型のチャネル層11Cを形成する。さらにそのチャネル層11C上にシリコン酸化膜13を形成し、N+ 型不純物である砒素(As+)をドーズ量6×1013cm-1の条件でチャネル層の表層に選択的に注入・拡散して、ソース領域12を形成する。その後、ソース領域12の近傍のシリコン酸化膜13及び半導体基板11を選択的にドライエッチングして幅1μm、深さ1.5〜3μm、好ましくは2μm程度のトレンチ14を形成する。
【0009】
次に、図2に示すように全面を熱酸化して、トレンチ14の内壁に膜厚500Å程度のシリコン酸化膜15を形成する。このシリコン酸化膜は、本実施形態のパワーMOSFETにおけるゲート絶縁膜となる。
次いで、図3に示すようにトレンチ14を充填し、かつ半導体基板11の全面を被覆するように全面に膜厚1.5μm程度のポリシリコン層16を形成する。
【0010】
次に、後に引出電極パッドを形成するべき領域(以下でパッド領域と称する)にフォトレジストPRを選択形成し、図4に示すようにポリシリコン層16の厚さが半分以下の約0.5μmになる程度までポリシリコン層16をエッチバックする。従って、この時点でのパッド領域に残存するポリシリコンと、エッチバックされたポリシリコン層16の表面との段差d′は0.5μm程度になる。
【0011】
次いで、フォトレジストPRを剥離した後にポリシリコン層16を、約6000Å程度の熱酸化膜が形成される条件、具体的には、例えば、約1100℃ 20分のスチーム酸化の条件で熱酸化する。すると、ポリシリコン層16の表面は酸化されてシリコン酸化膜となるが、トレンチ14内部のポリシリコン層までは酸化されず、ポリシリコンの状態を保持する。
【0012】
また、引出電極パッドの形成領域についてはエッチバックされていないので膜厚は1.5μm程度であって、表面は酸化されるものの内部は酸化されずに、底面から半分程度の厚さだけポリシリコンの状態を保持する。
かくして、図5に示すようにトレンチ14内と、パッド領域にはポリシリコンが残存し、かつこれらのポリシリコンは、ポリシリコン層の酸化によって形成された酸化膜よりなる層間絶縁膜17によって電気的に分離されることとなる。このうち、トレンチ内に残存するポリシリコンは本実施形態のパワーMOSFETのゲート電極18として機能し、引出電極パッドを形成する領域のポリシリコンは引出電極パッド19として機能する。
【0013】
その後、ソース領域12の一部領域の層間絶縁膜17を選択的にエッチングなどで除去してソース領域12を露出したのちに、全面にアルミなどのメタルからなる配線層20を形成し、これをパターニングすることによって図6に示すようなトレンチ型のパワーMOSFETが完成する。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極と引出電極パッドを同時に形成する際に、エッチバックでポリシリコン層を全て除去してこれらを分離したのちにCVD法で層間絶縁膜を形成するという工程をとらずに、図4に示すように約半分の膜厚までポリシリコン層16をエッチバックしたのちに、図5に示すように全面を熱酸化する事によってゲート電極18と引出電極パッド19を同時に形成しなおかつ層間絶縁膜17までも同時に形成しているので、パッド領域における段差d′も従来に比してほぼ1/3まで低減でき、従来の課題であったこの段差におけるステップカバレージの劣化、絶縁耐圧低下、またはその上に形成するメタル配線層の断線などを低減する事が可能になる。
【0014】
また、層間絶縁膜をゲート電極等の形成工程において同時に形成しているので、別途CVD法などによってこれを形成していた従来に比して工程数を削減でき、製造時間の短縮、歩留まりの向上、製造コストの低減などが可能になる。
なお、本実施形態ではポリシリコン層16の膜厚を1.5μmとし、エッチバックしたのちの膜厚を0.5μmとしているが、本発明はこれらの数値に限られず、これらの数値を変動させても、エッチバックしたのちの膜厚が元の膜厚のほぼ半分程度の膜厚であれば、同様の効果を奏する。
【0015】
また、本実施形態ではトレンチ構造のパワーMOSFETの製造方法について説明しているが、本発明はこれに限らず、トレンチの中にポリシリコン等の電極を埋めこみ形成すると同時に、その近傍の基板表面に電極パッドを形成するような用途であれば、凡そどのような場合によっても、同様の効果を奏することができ、トレンチ構造のIGBT(絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ)にも適用できることは説明するまでもない。
【0016】
【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、約半分の膜厚までポリシリコン層をエッチバックしたのちに、全面を熱酸化する事によってゲート電極と引出電極パッドを同時に形成しなおかつ層間絶縁膜も同時に形成しているので、電極パッドにおける段差も従来に比して低減でき、従来の課題であったこの段差におけるステップカバレージの劣化、絶縁耐圧低下、またはその上に形成するメタル配線層の断線などを低減する事が可能になる。
【0017】
また、層間絶縁膜を同時に形成することにより、別途CVD法などによってこれを形成していた従来に比して工程数を削減できるので、製造時間の短縮、歩留まりの向上、製造コストの低減などが可能になる。
【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2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3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4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5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6の断面図である。
【図7】従来例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8】従来例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9】従来例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10】従来例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11】従来例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12】従来例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。[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 semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to a conventional example will be described with reference to FIGS. 7 to 12 are cross-sectional views for explaining a conventional method of manufacturing a power MOSFET having a so-called trench structure.
First, as shown in FIG. 7, an n @-
[0003]
Next, as shown in FIG. 8, the entire surface is thermally oxidized to form an
Next, as shown in FIG. 9, a
[0004]
Next, as shown in FIG. 11, an interlayer
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above manufacturing method, in order to eliminate the depression of the
[0006]
Furthermore, it is necessary to deposit an interlayer insulating film by a CVD method, and the number of processes has increased.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-described conventional drawbacks. As shown in FIG. 1, a step of forming a groove in a semiconductor substrate, and a conductor layer filling the groove and covering the entire surface of the semiconductor substrate are provided. Forming a mask, selectively forming a mask in a region where a pad is to be formed, etching back the conductor layer to a thickness approximately half the thickness of the conductor layer, and thermally oxidizing the conductor layer. And a step of forming an interlayer insulating film that electrically separates the conductor layer filled in the trench from the conductor layer remaining in the pad region. The above-mentioned problems are solved.
[0008]
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. 1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a power MOSFET according to this embodiment.
First, as shown in FIG. 1, an n @-type drain layer 11B is formed by epitaxial growth on the surface layer of a
[0009]
Next, as shown in FIG. 2, the entire surface is thermally oxidized to form a
Next, as shown in FIG. 3, a
[0010]
Next, a photoresist PR is selectively formed in a region (hereinafter referred to as a pad region) where an extraction electrode pad is to be formed later. As shown in FIG. 4, the
[0011]
Next, after the photoresist PR is peeled off, the
[0012]
In addition, since the formation area of the extraction electrode pad is not etched back, the film thickness is about 1.5 μm. The surface is oxidized, but the inside is not oxidized, and the polysilicon is only about half the thickness from the bottom. The state of is maintained.
Thus, as shown in FIG. 5, polysilicon remains in the
[0013]
Thereafter, the
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, when the gate electrode and the extraction electrode pad are formed at the same time, the polysilicon layer is completely removed by etch back and then separated. Without taking the step of forming an interlayer insulating film by the CVD method, the
[0014]
In addition, since the interlayer insulating film is formed at the same time in the formation process of the gate electrode and the like, the number of processes can be reduced as compared with the conventional method in which the interlayer insulating film is formed separately by the CVD method, etc. The manufacturing cost can be reduced.
In this embodiment, the thickness of the
[0015]
Further, in the present embodiment, a method for manufacturing a power MOSFET having a trench structure is described. However, the present invention is not limited to this, and an electrode such as polysilicon is embedded in the trench, and at the same time, a substrate surface in the vicinity thereof is formed. As long as it is used to form an electrode pad, the same effect can be obtained in almost any case, and it can be applied to an IGBT (insulated gate bipolar transistor) having a trench structure. Absent.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the polysilicon layer is etched back to about half the film thickness, the entire surface is thermally oxidized to simultaneously form the gate electrode and the extraction electrode pad. Since the interlayer insulating film is also formed at the same time, the step in the electrode pad can be reduced as compared with the prior art. It is possible to reduce the disconnection of the metal wiring layer.
[0017]
In addition, by forming the interlayer insulating film at the same time, the number of processes can be reduced as compared with the conventional method in which the interlayer insulating film is separately formed by the CVD method, etc. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a second cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 3 is a third cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 4 is a fourth cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 5 is a fifth cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 6 is a sixth cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention.
FIG. 7 is a first cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional example.
FIG. 8 is a second cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the conventional example.
FIG. 9 is a third cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the conventional example.
FIG. 10 is a fourth cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the conventional example.
FIG. 11 is a fifth cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the conventional example.
FIG. 12 is a sixth cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the conventional example.
Claims (4)
前記溝を充填し、かつ前記半導体基板全面を被覆する導電体層を形成する工程と、
電極パッドを形成するパッド領域にマスクを選択形成し、前記導電体層の膜厚のほぼ半分程度の膜厚まで前記導電体層をエッチバックする工程と、
前記導電体層を熱酸化して、溝に充填された前記導電体層と前記パッド領域に残存する導電体層とを電気的に分離する層間絶縁膜を形成する工程とを有する事を特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a groove in the semiconductor substrate;
Forming a conductor layer that fills the groove and covers the entire surface of the semiconductor substrate;
Selectively forming a mask in a pad region where an electrode pad is to be formed, and etching back the conductive layer to a film thickness approximately half the thickness of the conductive layer;
And a step of thermally oxidizing the conductor layer to form an interlayer insulating film that electrically separates the conductor layer filled in the groove and the conductor layer remaining in the pad region. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基板表面に第1の絶縁膜を形成し、前記チャネル領域層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、
前記ソース領域近傍の領域の前記第1の絶縁膜及び前記半導体基板を選択的にエッチングして溝を形成し、前記溝の内壁に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記溝を充填し、かつ半導体基板全面を被覆する導電体層を形成する工程と、
引出電極パッドを形成する領域であるパッド領域にマスクを選択形成し、前記導電体層の膜厚のほぼ半分程度の膜厚まで前記導電体層をエッチバックする工程と、
前記導電体層を熱酸化して、溝に充填された前記導電体層と前記パッド領域に残存する導電体層とを電気的に分離する層間絶縁膜を形成し、前記溝に充填された導電体層をゲート電極とし、前記パッド領域の導電体層を引出電極パッドとする工程と、
前記ソース領域の一部の前記層間絶縁膜を選択的に除去して前記ソース領域を露出し、前記ソース領域とコンタクトをとる配線層を形成する工程とを有する事を特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a drain region layer of one conductivity type on a surface layer of a semiconductor substrate of one conductivity type, and forming a channel region layer of reverse conductivity type on the surface layer of the drain region layer;
Forming a first insulating film on the surface of the semiconductor substrate and diffusing an impurity of one conductivity type in the channel region layer to form a source region;
Selectively etching the first insulating film and the semiconductor substrate in a region near the source region to form a groove, and forming a second insulating film on the inner wall of the groove;
Forming a conductor layer that fills the groove and covers the entire surface of the semiconductor substrate;
Selectively forming a mask in a pad region, which is a region for forming an extraction electrode pad, and etching back the conductor layer to a thickness of about half of the thickness of the conductor layer;
The conductive layer is thermally oxidized to form an interlayer insulating film that electrically separates the conductive layer filled in the groove and the conductive layer remaining in the pad region, and the conductive filled in the groove Using the body layer as a gate electrode and the conductor layer in the pad region as an extraction electrode pad;
And a step of selectively removing a part of the interlayer insulating film in the source region to expose the source region and forming a wiring layer in contact with the source region. Method.
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