JP2010147380A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、IGBT(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)とフリーホイールダイオード(以下、単にダイオードという)とが同チップ内に形成される半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which an IGBT (insulated gate field effect transistor) and a free wheel diode (hereinafter simply referred to as a diode) are formed in the same chip.
従来、IGBTとダイオードとを同チップに備えた半導体装置では、ダイオード形成領域にカソード層となるn+型層を形成し、IGBT形成領域にコレクタ層となるp+型層を形成している。そして、特許文献1において、IGBTとダイオードとを一体化した半導体装置に対し、複数のトレンチゲートの間にさらにトレンチコンタクト部を形成し、トレンチコンタクト部においてエミッタ電極およびアノード電極として機能する上部電極をショットキー接触させることにより、リカバリ損失Errの低減を図り、リカバリ動作を改善することが開示されている。
上記のような構造では、リカバリ動作を改善するためのトレンチコンタクトのアスペクト比がトレンチ深さと層間絶縁膜の厚みの合計値をトレンチコンタクトの幅で割った値となる。このため、例えばトレンチコンタクトの幅が1.0μmの場合であれば、トレンチコンタクトの深さを0.5μm以上とすると、アスペクト比が大きくなり過ぎて、エミッタ電極およびアノード電極として機能する上部電極を一般的な電極材料であるAlにて構成すると、トレンチコンタクト内の埋込不良が発生してしまう。したがって、電極表面が平坦化できるように、トレンチコンタクト内をタングステンプラグ(W−Plug)などで埋め込むなどの処置が必要となり、製造工程の複雑化、引いては製造コストの増大という問題が生じる。 In the structure as described above, the aspect ratio of the trench contact for improving the recovery operation is a value obtained by dividing the total value of the trench depth and the thickness of the interlayer insulating film by the width of the trench contact. Therefore, for example, if the width of the trench contact is 1.0 μm, if the depth of the trench contact is 0.5 μm or more, the aspect ratio becomes too large, and the upper electrode that functions as the emitter electrode and the anode electrode is formed. If it is made of Al which is a general electrode material, a filling defect in the trench contact occurs. Therefore, a treatment such as filling the trench contact with a tungsten plug (W-Plug) or the like is necessary so that the electrode surface can be flattened, resulting in a complicated manufacturing process and an increase in manufacturing cost.
本発明は上記点に鑑みて、上部電極の電極材料に拘わらずトレンチコンタクト内の埋込不良が発生することを抑制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。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of a filling defect in a trench contact regardless of the electrode material of the upper electrode.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、ベース領域(3)、エミッタ領域(5)およびゲート用トレンチ(4)内に形成されたゲート電極(7)を含むMOSデバイスを形成したのち、層間絶縁膜(9)を成膜する工程と、層間絶縁膜(9)の上にコンタクトホール(10a)と対応する部分が開口する第1マスク(20)を配置したのち、該第1マスク(20)で覆った状態でエッチングすることで層間絶縁膜(9)に対してコンタクトホール(10a)を形成する工程と、第1マスク(20)を取り除いた後、層間絶縁膜(9)をマスクとしたエッチングを行うことでコンタクト用トレンチ(11)を形成する工程と、コンタクト用トレンチ(11)を形成したのち、層間絶縁膜(9)に形成したコンタクトホール(10a)の開口端を後退させることにより、該コンタクトホール(10a)の開口幅を広げる工程と、開口幅が広げられたコンタクトホール(10a)を通じてコンタクト用トレンチ(11)が埋め込まれるように上部電極(12)を形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。
To achieve the above object, according to the present invention, a MOS device including a base region (3), an emitter region (5), and a gate electrode (7) formed in a gate trench (4) is formed. After that, a step of forming an interlayer insulating film (9), a first mask (20) having an opening corresponding to the contact hole (10a) on the interlayer insulating film (9) are disposed, and then the first mask is formed. Etching in a state covered with one mask (20) to form a contact hole (10a) in the interlayer insulating film (9), and after removing the first mask (20), the interlayer insulating film (9 ) As a mask to form a contact trench (11), and after forming the contact trench (11), contact holes (10 formed in the interlayer insulating film (9)) ) By retreating the opening end of the
このように、コンタクトホール(10a)の開口端を後退させ、コンタクトホール(10a)の開口幅を広げている。このため、コンタクトホール(10a)の開口幅に対するコンタクト用トレンチ(11)の深さ+層間絶縁膜(10)の厚みで規定されるアスペクト比が従来よりも小さくなり、上部電極(12)が確実にコンタクト用トレンチ(11)内に埋め込まれるようにできる。したがって、上部電極(12)の電極材料に拘わらずコンタクト用トレンチ(11)内の埋込不良が発生することを抑制することが可能となる。 In this way, the opening end of the contact hole (10a) is retracted to widen the opening width of the contact hole (10a). For this reason, the aspect ratio defined by the depth of the contact trench (11) with respect to the opening width of the contact hole (10a) + the thickness of the interlayer insulating film (10) is smaller than that of the conventional one, and the upper electrode (12) is reliably It can be embedded in the contact trench (11). Therefore, it is possible to suppress the occurrence of filling defects in the contact trench (11) regardless of the electrode material of the upper electrode (12).
請求項2に記載の発明では、コンタクトホール(10a)を形成する工程では、第1マスク(20)を用いて等方性エッチングを行ったのち、コンタクトホール(10a)を形成するためのエッチングを行うことで、該コンタクトホール(10a)の開口端をテーパ状にすることを特徴としている。 In the second aspect of the present invention, in the step of forming the contact hole (10a), after performing isotropic etching using the first mask (20), etching for forming the contact hole (10a) is performed. By doing so, the opening end of the contact hole (10a) is tapered.
このように、コンタクトホール(10a)の開口端をテーパ状にしておけば、コンタクトホール(10a)の開口端を後退させてもその開口端をテーパ状にできるため、より上部電極(12)が入り込み易くなる。このため、より請求項1に記載の効果を得ることができる。 Thus, if the opening end of the contact hole (10a) is tapered, the opening end can be tapered even if the opening end of the contact hole (10a) is retracted. It becomes easy to enter. For this reason, the effect of Claim 1 can be acquired more.
請求項3に記載の発明では、コンタクトホール(10a)の開口幅を広げる工程では、層間絶縁膜(9)を露出させた状態でウェットまたはドライエッチングを行うことにより、層間絶縁膜(9)の薄膜化も同時に行うことを特徴としている。 In the third aspect of the present invention, in the step of widening the opening width of the contact hole (10a), wet or dry etching is performed with the interlayer insulating film (9) exposed, thereby forming the interlayer insulating film (9). It is characterized by thinning at the same time.
このように、層間絶縁膜(9)を露出させた状態でウェットまたはドライエッチングを行うことにより、コンタクトホール(10a)の開口幅を広げる工程を行うことができる。そして、このような手法で行うことにより、層間絶縁膜10の薄膜化を同時に行うことも可能となり、よりアスペクト比を小さくできる。これにより、より請求項1に記載の効果を得ることができる。
As described above, by performing wet or dry etching with the interlayer insulating film (9) exposed, a step of widening the opening width of the contact hole (10a) can be performed. By performing this method, the
請求項4に記載の発明では、コンタクトホール(10a)の開口幅を広げる工程を行った後、コンタクト用トレンチ(11)を露出させる開口部が形成された第2マスク(21)を配置し、該第2マスク(21)で覆った状態でコンタクト用トレンチ(11)の側面をエッチングすることでテーパ状とする工程を含んでいることを特徴としている。
In the invention according to
このように、コンタクト用トレンチ(11)の側面をエッチングすることでテーパ状とすれば、より上部電極(12)が入り込み易くなる。このため、より請求項1に記載の効果を得ることができる。 As described above, if the side surface of the contact trench (11) is etched to be tapered, the upper electrode (12) is more likely to enter. For this reason, the effect of Claim 1 can be acquired more.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかるIGBTとダイオードが一体化された半導体装置の断面構造を示した断面模式図である。以下、この図を参照して、本実施形態にかかるIGBTを有する半導体装置について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a semiconductor device in which an IGBT and a diode according to this embodiment are integrated. Hereinafter, with reference to this figure, the semiconductor device having the IGBT according to the present embodiment will be described.
図1に示す半導体装置は、IGBTとダイオードとが一体化されたものである。半導体装置のうちのセル領域にIGBTおよびダイオードが形成され、その外周を囲むように備えられる外周領域に耐圧構造が形成されているが、図1ではセル領域の一部、具体的にはIGBT形成領域とダイオード形成領域の境界位置近傍についてのみ図示してある。 The semiconductor device shown in FIG. 1 is an integrated IGBT and diode. An IGBT and a diode are formed in a cell region of the semiconductor device, and a breakdown voltage structure is formed in an outer peripheral region provided so as to surround the outer periphery. In FIG. 1, a part of the cell region, specifically, an IGBT is formed. Only the vicinity of the boundary position between the region and the diode formation region is shown.
図1に示されるように、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層(第1導電型層)1bの表面に、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bよりも低不純物濃度で構成されたn-型ドリフト層2が備えられている。例えば、p++型コレクタ層1aは、p型不純物濃度が1×1017〜1×1020cm-3程度、n++型カソード層1bは、n型不純物濃度が1×1017〜1×1020cm-3程度、n-型ドリフト層2は、n型不純物濃度が1×1014cm-3程度に設定されている。
As shown in FIG. 1, p ++ -
また、n-型ドリフト層2の表層部には、p型ベース領域3が形成されている。このp型ベース領域3は、例えば厚さが5μm程度、不純物濃度が1×1017〜1×1018cm-3程度とされている。
A p-
そして、このp型ベース領域3を貫通してn-型ドリフト層2まで達するように、複数個のゲート用トレンチ4が形成され、このゲート用トレンチ4によってp型ベース領域3が複数個に分離されている。具体的には、ゲート用トレンチ4は複数所定のピッチ(間隔)で形成されており、例えば、図1の奥行き方向(紙面垂直方向)において各ゲート用トレンチ4が平行に延設されたストライプ構造、もしくは並行に延設されたのちその先端部において引き回されることで環状構造とされている。
Then, a plurality of
隣接するゲート用トレンチ4によってp型ベース領域3が複数に分割され、分割された各p型ベース領域3の表層部において、ゲート用トレンチ4の側面に接するようにn+型エミッタ領域5が形成されていると共に、ゲート用トレンチ4の側面から離間した位置にボデーp層6が形成されている。n+型エミッタ領域5は、p型ベース領域3の最表面に形成されることで露出させられており、表面でのn型不純物濃度が1×1020cm-3程度とされている。ボデーp層6は、耐圧調整のために設けられる高濃度層であり、コンタクト用としてp型ベース領域3の一部を構成する部分としても用いられる。本実施形態ではボデーp層6は、n+型エミッタ領域5よりも深い位置に形成されており、表面でのp型不純物濃度が1×1020cm-3程度とされている。これらn+型エミッタ領域5とボデーp層6は十分にp型ベース領域3よりも高濃度とされている。
The p-
n+型エミッタ領域5は、n-型ドリフト層2よりも高不純物濃度で構成され、p型ベース領域3内において終端しており、かつ、ゲート用トレンチ4の側面に接するように配置されている。より詳しくは、ゲート用トレンチ4の長手方向に沿って棒状に延設され、ゲート用トレンチ4の先端よりも内側で終端した構造とされている。
The n + -
各ゲート用トレンチ4内は、各ゲート用トレンチ4の内壁表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7の表面に形成されたドープトPoly−Si等により構成されるゲート電極8とにより埋め込まれている。
Each
これらのうち、ゲート電極8は、図1とは別断面において互いに電気的に接続され、熱酸化膜9および層間絶縁膜10上に形成されたドープトPoly−Si層(図示せず)などを通じてゲート配線(図示せず)に電気的に接続されている。
Among these, the
また、IGBT形成領域およびダイオード形成領域に形成されたゲート用トレンチ4とは異なる位置、具体的には各ゲート用トレンチ4の間には、コンタクト用トレンチ11が形成されている。このコンタクト用トレンチ11は、ゲート用トレンチ4よりも浅く、かつ、n+型エミッタ領域5を貫通して底面においてボデーp層6(p型ベース領域3)を露出させる構造とされている。例えば、コンタクト用トレンチ11は、深さが1〜1.5μm、幅が1〜1.5μmとされる。なお、ここではボデーp層6の方がコンタクト用トレンチ11の底面よりも深くまで形成された状態としてあるが、ボデーp層6よりもコンタクト用トレンチ11の方が深くされ、コンタクト用トレンチ11の側面にボデーp層6が配置されたような構造とされていても良い。
Further,
また、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール10a、10bやn+型エミッタ領域5の表面上およびコンタクト用トレンチ11内を埋め込むように上部電極12が形成されている。この上部電極12は、IGBTにおけるエミッタ電極として機能すると共に、ダイオードにおけるアノード電極として機能するものであり、n+型エミッタ領域5に電気的に接続されていると共に、コンタクト用トレンチ11等を通じてボデーp層6およびp型ベース領域3とも電気的に接続されている。上部電極12は、例えばAlにて構成されている。
An
層間絶縁膜10に形成されたn+型エミッタ領域5やボデーp層6と上部電極12とを接触させるためのコンタクトホール10aは、コンタクト用トレンチ11と比較して開口幅が広げられており、コンタクトホール10aの開口幅に対するコンタクト用トレンチ11の深さ+層間絶縁膜10の厚みで規定されるアスペクト比が従来と比較して小さくされている。このため、上部電極12の電極材料に拘わらずコンタクト用トレンチ11内の埋込不良が発生することが抑制できる構造となっている。
The
なお、ゲート用トレンチ4よりも紙面左側において熱酸化膜9の表面にはドープトPoly−Si層13が形成されている。このドープトPoly−Si層13は、例えば感温ダイオード、ゲート配線、外周領域の電極を構成するもの等として用いられる。このドープトPoly−Si層13を露出させるように層間絶縁膜10にはコンタクトホール10cが形成されており、このコンタクトホール10cを通じてドープトPoly−Si層13に電気的に接続される電極14が形成されている。
Note that a doped Poly-
さらに、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bの裏面側には、下部電極15が形成されている。下部電極15は、IGBTにおけるコレクタ電極として機能すると共に、ダイオードにおけるカソード電極として機能するものであり、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bに対して共にオーミック接触させられている。
Further, a
以上のような構造により、本実施形態にかかるIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置が構成されている。続いて、本実施形態のIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置の製造方法について説明する。図2〜図5は、本実施形態の半導体装置の製造工程を示した断面図である。 With the structure as described above, a semiconductor device in which the IGBT and the diode according to the present embodiment are integrated is configured. Then, the manufacturing method of the semiconductor device which integrated IGBT and the diode of this embodiment is demonstrated. 2 to 5 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment.
まず、図2(a)に示す工程では、従来と同様の製造方法によって基本的な素子構造を形成する。例えば、n型半導体基板を用意し、この主表面側にp型ベース領域3やn+型エミッタ領域5およびボデーp層6の形成工程を行った後、ゲート用トレンチ4を形成し、このゲート用トレンチ4内にゲート絶縁膜7およびゲート電極8を形成することでトレンチゲート構造を構成する。また、熱処理を行うことにより、ゲート電極8の表面やp型ベース領域3の表面などに熱酸化膜9を形成したのち、ドープトPoly−Si層13の成膜およびパターニングを行い、さらに酸化膜等をデポジションすることなどによって層間絶縁膜10を例えば8000Å程度の厚みで形成する。そして、n型半導体基板を裏面側から研削して薄膜化したのち、p型不純物やn型不純物のイオン注入によってp++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bを形成し、さらに下部電極15を形成することによって基本的な素子構造が構成される。
First, in the step shown in FIG. 2A, a basic element structure is formed by a manufacturing method similar to the conventional one. For example, an n-type semiconductor substrate is prepared, a p-
図2(b)に示す工程では、層間絶縁膜10の上にコンタクトホール10aの形成予定領域、つまりn+型エミッタ領域5およびボデーp層6等と上部電極12との電気的接続を行う領域が開口するマスク20を配置したのち、このマスク20で覆った状態で層間絶縁膜10を等方性エッチングする。例えば、エッチング材料としてHFやBHF等のウェットエッチングやCDE等の等方性ドライエッチングを用いることができる。これにより、層間絶縁膜10はマスク20の開口部よりも幅広にエッチングされ、エッチングされた側面はテーパ状となる。このため、後工程で形成されるコンタクトホール10aの開口端をテーパ状にすることができる。
In the step shown in FIG. 2B, a region where a
図3(a)に示す工程では、図2(b)に示す工程と同じマスク20を用いて、今度は異方性エッチングを行う。例えば、エッチング材料としてCF4、CHF3、Ar等を用いたドライエッチングを用いることができる。これにより、層間絶縁膜10および熱酸化膜9を貫通してボデーp層6やn+型エミッタ領域5に達するようなコンタクトホール10aが形成される。ただし、このときにはまだコンタクトホール10aの幅はコンタクト用トレンチ11の幅と同様程度である。
In the step shown in FIG. 3A, anisotropic etching is performed this time using the
図3(b)に示す工程では、マスク20を取り除いたのち、今度は層間絶縁膜10および熱酸化膜9をマスクとして用いてボデーp層6やn+型エミッタ領域5を異方性エッチングする。例えば、エッチング材料としてHFやBHF等のウェットエッチングやCDE等のドライエッチングを用いることができる。これにより、層間絶縁膜10に形成されていたコンタクトホール10aと同等幅でコンタクト用トレンチ11が形成される。
In the step shown in FIG. 3B, after removing the
図4(a)に示す工程では、層間絶縁膜10を横方向へウェットまたはドライエッチングすることにより、コンタクトホール10aの開口端を後退させることでコンタクトホール10aの幅を拡大する。例えば、ウェットエッチングの場合にはエッチング材料としてHFやBHFを用い、ドライエッチングの場合にはエッチング材料としてCF4、CHF3、Ar等を用いることにより、コンタクトホール10aの開口端を各方向それぞれにおいて0.1μm以上後退させることができる。このときの後退量は、コンタクトホール10aの各側面でほぼ均一になるため、テーパ状となっている開口端は後退後にもテーパ状のままとなる。
In the step shown in FIG. 4A, the width of the
また、このときのエッチングにより、層間絶縁膜10の表面も除去されるため、層間絶縁膜10の膜厚を例えば4000Å以下まで薄くすることができる。したがって、層間絶縁膜10の薄膜化およびコンタクトホール10aの開口幅の拡大の両方を実現することが可能となる。
In addition, since the surface of the
なお、コンタクトホール10a以外の領域が覆われるようなマスクを配置したのち、ウェットまたはドライエッチングを行うようにすれば、コンタクトホール10aの開口端の後退のみを行い、層間絶縁膜10の薄膜化が行われないような状態とすることもできる。
If a mask that covers the region other than the
図4(b)に示す工程では、層間絶縁膜10の上に、コンタクト用トレンチ11やコンタクトホール10b、10cの形成予定領域が開口するマスク21を配置する。このとき、コンタクト用トレンチ11に関しては、現状形成されている開口幅(例えば1.0μm程度)よりも幅広となるようにマスク21の開口幅(例えば、1.6μm程度)に設定しておく。そして、等方性エッチングする。例えば、エッチング材料としてHFやBHF等のウェットエッチングやCDE等の等方性ドライエッチングを用いることができる。これにより、コンタクトホール10b、10cの形成予定領域において部分的に層間絶縁膜10が除去されることで側面をテーパ状にできると共に、コンタクト用トレンチ11の開口端が広がり、コンタクト用トレンチ11の側面の基板水平方向に対するテーパ角度が緩やかになる。
In the step shown in FIG. 4B, a
図5(a)に示す工程では、図4(b)に示す工程で用いたマスク21を用いて、異方性エッチングを行う。例えば、エッチング材料としてCF4、CHF3、Ar等を用いたドライエッチングを用いることができる。これにより、マスク21の開口部分において層間絶縁膜10および熱酸化膜9が除去され、コンタクトホール10b、10cが形成される。
In the step shown in FIG. 5A, anisotropic etching is performed using the
そして、図5(b)の工程において、層間絶縁膜10の表面上に例えばAl等の電極材料を成膜し、パターニングすることで上部電極12や電極14を形成する。このとき、コンタクトホール10aの開口端を後退させ、コンタクトホール10aの開口幅を広げているため、コンタクトホール10aの開口幅に対するコンタクト用トレンチ11の深さ+層間絶縁膜10の厚みで規定されるアスペクト比が従来よりも小さくなり、上部電極12が確実にコンタクト用トレンチ11内に埋め込まれる。また、本実施形態では、層間絶縁膜10の薄膜化を行っているため、よりアスペクト比を小さくすることが可能となり、より上部電極12が確実にコンタクト用トレンチ11内に埋め込まれる。さらに、本実施形態では、コンタクト用トレンチ11の側面のテーパ角を緩やかにしているため、より一層上部電極12がコンタクト用トレンチ11内に埋め込まれ易くなるようにできる。したがって、上部電極12のコンタクト用トレンチ11内への埋め込み不良が発生することを抑制できる。
5B, an electrode material such as Al is formed on the surface of the
以上説明したように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、コンタクトホール10aの開口端を後退させ、コンタクトホール10aの開口幅を広げているため、上部電極12が確実にコンタクト用トレンチ11内に埋め込まれるようにできる。したがって、上部電極12の電極材料に拘わらずコンタクト用トレンチ11内の埋込不良が発生することを抑制することが可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the opening end of the
また、本実施形態の半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜10の薄膜化を行っているため、より上記効果を得ることができる。また、本実施形態では、コンタクト用トレンチ11の側面のテーパ角を緩やかにしているため、より一層上記効果を得ることが可能となる。
Further, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, since the
さらに、上記図2(b)、図4(b)に示す工程において、等方性エッチングを行うことで、コンタクトホール10b、10cの開口端(側面)がテーパ状となるようにしているため、より上部電極12や電極14が入り込み易くなり、これらの場所でも埋込不良が発生することを抑制することが可能となる。
Furthermore, in the steps shown in FIGS. 2B and 4B, the opening ends (side surfaces) of the contact holes 10b and 10c are tapered by performing isotropic etching. It becomes easier for the
(他の実施形態)
上記実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型とするnチャネルタイプのIGBTを例に挙げて説明したが、各部の導電型を反転させたpチャネルタイプのIGBTについても本発明を適用することができる。その場合、IGBT形成領域では、n++型コレクタ層となり、その上にpー型ドリフト層、n型ベース領域、p+型エミッタ領域が形成され、ダイオード形成領域では、p++型アノード領域およびpー型ドリフト層をアノード、n型ベース領域をカソードとするPN接合が形成されることになる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, an n-channel type IGBT in which the first conductivity type is an n-type and the second conductivity type is a p-type has been described as an example. However, for a p-channel type IGBT in which the conductivity type of each part is reversed. The present invention can also be applied. In this case, the IGBT forming region becomes an n ++ type collector layer, and a p − type drift layer, an n type base region, and a p + type emitter region are formed thereon. In the diode forming region, a p ++ type anode region is formed. As a result, a PN junction having the p-type drift layer as an anode and the n-type base region as a cathode is formed.
なお、本発明における第1導電型層とは、ダイオード形成領域における裏面側、すなわちnチャネルタイプのIGBTと同チップで形成されるダイオードの場合にはn++型カソード層1b、pチャネルタイプのIGBTと同チップで形成されるダイオードの場合にはp++型アノード層のことを意味している。
In the present invention, the first conductivity type layer refers to the back side of the diode formation region, that is, the n ++
1a p++型コレクタ層
1b n++型カソード層
2 n-型ドリフト層
3 p型ベース領域
4 ゲート用トレンチ
5 n+型エミッタ領域
6 ボデーp層
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 熱酸化膜
10 層間絶縁膜
10a〜10c コンタクトホール
11 コンタクト用トレンチ
12 上部電極
15 下部電極
20、21 マスク
1a p ++
Claims (4)
前記第1導電型層(1b)および前記コレクタ層(1a)の上に配置された第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達するように形成されることにより前記ベース領域(3)を複数に分離するゲート用トレンチ(4)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)に形成され、該ベース領域(3)内において前記ゲート用トレンチ(4)の側面に接するように形成された第1導電型のエミッタ領域(5)と、
前記ゲート用トレンチ(4)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(7)と、
前記ゲート用トレンチ(4)内において、前記ゲート絶縁膜(7)の上に形成されたゲート電極(8)と、
前記ゲート電極(8)、前記エミッタ領域(5)および前記ベース領域(3)上に配置され、かつ、前記ゲート用トレンチ(4)とは異なる位置において、前記エミッタ領域(5)および前記ベース領域(3)を露出させるコンタクトホール(10a)が形成された層間絶縁膜(10)と、
前記コンタクトホール(10a)内に形成され、前記エミッタ領域(5)を貫通して前記ベース領域(3)を露出させるためのコンタクト用トレンチ(11)と、
前記コンタクト用トレンチ(11)内を埋め込むように備えられ、前記エミッタ領域(5)および前記ベース領域(3)に電気的に接続された上部電極(12)と、
前記コレクタ層(1a)の裏面側に形成された下部電極(15)とを備え、
前記IGBT形成領域に備えられた前記コレクタ層(1a)、前記ドリフト層(2)、前記ベース領域(3)、前記エミッタ領域(5)および前記ゲート用トレンチ(4)内に形成された前記ゲート電極(7)にてIGBTを構成すると共に、
前記第1導電型層(1b)および前記ドリフト層(2)と、第2導電型の前記ベース領域(3)とによるPN接合にてダイオードを構成し、前記IGBTと前記ダイオードとが一体化された半導体装置の製造方法であって、
前記ベース領域(3)、前記エミッタ領域(5)および前記ゲート用トレンチ(4)内に形成された前記ゲート電極(7)を含むMOSデバイスを形成したのち、前記層間絶縁膜(9)を成膜する工程と、
前記層間絶縁膜(9)の上に前記コンタクトホール(10a)と対応する部分が開口する第1マスク(20)を配置したのち、該第1マスク(20)で覆った状態でエッチングすることで前記層間絶縁膜(9)に対して前記コンタクトホール(10a)を形成する工程と、
前記第1マスク(20)を取り除いた後、前記層間絶縁膜(9)をマスクとしたエッチングを行うことで前記コンタクト用トレンチ(11)を形成する工程と、
前記コンタクト用トレンチ(11)を形成したのち、前記層間絶縁膜(9)に形成した前記コンタクトホール(10a)の開口端を後退させることにより、該コンタクトホール(10a)の開口幅を広げる工程と、
前記開口幅が広げられた前記コンタクトホール(10a)を通じて前記コンタクト用トレンチ(11)が埋め込まれるように前記上部電極(12)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first conductivity type layer (1b) provided in the diode formation region and a second conductivity type collector layer (1a) formed in the IGBT formation region;
A first conductivity type drift layer (2) disposed on the first conductivity type layer (1b) and the collector layer (1a);
A second conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
A gate trench (4) that is formed to penetrate the base region (3) and reach the drift layer (2), thereby separating the base region (3) into a plurality of parts;
A first conductivity type emitter region (5) formed in the base region (3) separated into a plurality, and in contact with the side surface of the gate trench (4) in the base region (3); ,
A gate insulating film (7) formed on the surface of the gate trench (4);
A gate electrode (8) formed on the gate insulating film (7) in the gate trench (4);
The emitter region (5) and the base region are arranged on the gate electrode (8), the emitter region (5) and the base region (3), and at a position different from the gate trench (4). An interlayer insulating film (10) in which a contact hole (10a) exposing (3) is formed;
A contact trench (11) formed in the contact hole (10a) for exposing the base region (3) through the emitter region (5);
An upper electrode (12) provided to fill in the contact trench (11) and electrically connected to the emitter region (5) and the base region (3);
A lower electrode (15) formed on the back side of the collector layer (1a),
The gate formed in the collector layer (1a), the drift layer (2), the base region (3), the emitter region (5) and the gate trench (4) provided in the IGBT formation region The electrode (7) constitutes an IGBT,
A diode is formed by a PN junction formed by the first conductivity type layer (1b) and the drift layer (2) and the second conductivity type base region (3), and the IGBT and the diode are integrated. A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
After forming the MOS device including the gate electrode (7) formed in the base region (3), the emitter region (5), and the gate trench (4), the interlayer insulating film (9) is formed. Forming a film;
A first mask (20) having an opening corresponding to the contact hole (10a) is disposed on the interlayer insulating film (9), and then etched while being covered with the first mask (20). Forming the contact hole (10a) in the interlayer insulating film (9);
Forming the contact trench (11) by performing etching using the interlayer insulating film (9) as a mask after removing the first mask (20);
Forming the contact trench (11), and then receding the opening end of the contact hole (10a) formed in the interlayer insulating film (9) to widen the opening width of the contact hole (10a); ,
Forming the upper electrode (12) so that the contact trench (11) is buried through the contact hole (10a) whose opening width is widened. Production method.
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