JP2014033079A - Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】互いに繋がっているゲート用の溝TR1とゲート引出用の溝TR2とを基板SUBに形成し、溝TR1,TR2の内面にゲート絶縁膜用の絶縁膜GIを形成した後、溝TR1,TR2を、導電膜CD1とその上の材料膜MTとその上の導電膜CD2とを有する積層膜LMで埋め込む。溝TR1に埋め込まれた積層膜LMによりゲート電極GEが形成される。それから、基板SUB上に絶縁膜IL2を形成してから、コンタクトホールCT1,CT2を形成する。この際、溝TR2上において、絶縁膜IL2と溝TR2内の導電膜CD2および材料膜MTとをエッチングして導電膜CD1を露出するコンタクトホールCT2が形成されるが、導電膜CD2のエッチングの際に材料膜MTをエッチングストッパ膜として機能させる。
【選択図】図44The reliability of a semiconductor device is improved.
A gate trench TR1 and a gate lead trench TR2 connected to each other are formed on a substrate SUB, and an insulating film GI for a gate insulating film is formed on the inner surface of the trenches TR1 and TR2, and then a trench TR1 is formed. , TR2 are embedded with a laminated film LM having a conductive film CD1, a material film MT thereon, and a conductive film CD2 thereon. A gate electrode GE is formed by the stacked film LM embedded in the trench TR1. Then, after forming an insulating film IL2 over the substrate SUB, contact holes CT1 and CT2 are formed. At this time, on the trench TR2, the insulating film IL2, the conductive film CD2 in the trench TR2, and the material film MT are etched to form the contact hole CT2 exposing the conductive film CD1, but the conductive film CD2 is etched. The material film MT functions as an etching stopper film.
[Selection] Figure 44
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、例えば、トレンチゲート型MISFETを備えた半導体装置の製造方法および半導体装置に好適に利用できるものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and can be suitably used for, for example, a method for manufacturing a semiconductor device including a trench gate type MISFET and the semiconductor device.
トレンチゲート型のMISFETは、半導体基板の主面に掘られた溝内にゲート絶縁膜を介してゲート電極を埋め込んだ構造を有している。 A trench gate type MISFET has a structure in which a gate electrode is embedded in a groove dug in a main surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film.
特開2008−085278号公報(特許文献1)には、トレンチ7内にゲート電極用ポリシリコン11が形成され、トレンチ7に連続してトレンチ7よりも大きい幅のゲートコンタクト用凹部19内にゲートコンタクト用ポリシリコン21が形成され、ゲートコンタクト用ポリシリコン21上にゲート用接続孔25gが形成される技術が記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2008-085278 (Patent Document 1), a gate electrode polysilicon 11 is formed in a
特開2007−073757号公報(特許文献2)には、基板1にトレンチ13を形成してから、酸化膜31、ポリシリコン膜32、絶縁膜33、ポリシリコン膜34を順に成膜して、トレンチ13を埋め込む技術が記載されている。
In JP 2007-073757 A (Patent Document 2), after forming the trench 13 in the
特開2000−299460号公報(特許文献3)には、トレンチ31を形成してから、ゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜32を形成し、ゲート電極となるポリシリコン膜33を形成し、CVD酸化膜35を形成し、ポリシリコン膜36を形成して、トレンチ31を埋め込む技術が記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299460 (Patent Document 3), a trench 31 is formed, a silicon oxide film 32 to be a gate insulating film is formed, a
特開2002−373988号公報(特許文献4)には、ゲート電極5埋め込み用の凹溝11と同時に設けられる凹溝12内に、ゲート電極5と連続してゲートパッド部5aを形成し、金属膜からなるゲート配線9と接続する技術が記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-37388 (Patent Document 4), a gate pad portion 5a is formed continuously with a gate electrode 5 in a concave groove 12 provided simultaneously with the concave groove 11 for embedding the gate electrode 5, and metal A technique for connecting to a
特開2006−135038号公報(特許文献5)には、トレンチ105内にゲート電極107を埋め込み、ゲート電極107上にコンタクトホール109gを形成する技術が記載されている。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-135038 (Patent Document 5) describes a technique in which a gate electrode 107 is embedded in a trench 105 and a contact hole 109g is formed on the gate electrode 107.
トレンチゲート型のMISFETを備えた半導体装置があるが、そのような半導体装置においても、できるだけ信頼性を向上させることが望まれる。 Although there is a semiconductor device provided with a trench gate type MISFET, it is desired to improve the reliability of such a semiconductor device as much as possible.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
一実施の形態によれば、トレンチゲート型電界効果トランジスタを有する半導体装置を形成する際に、互いに繋がっているゲート用の溝とゲート引出用の溝とを半導体基板に形成し、それらの溝の内面にゲート絶縁膜用の絶縁膜を形成した後、それらの溝を、第1導電膜とその上の第1材料膜とその上の第2導電膜とを有する積層膜で埋め込む。それから、半導体基板上に層間絶縁膜を形成してから、コンタクトホールを形成する。この際、ゲート引出用の溝上において、層間絶縁膜とゲート引出用の溝内の第2導電膜および第1材料膜とをエッチングして第1導電膜を露出する第1コンタクトホールが形成されるが、第2導電膜のエッチングの際に第1材料膜をエッチングストッパ膜として機能させる。 According to one embodiment, when forming a semiconductor device having a trench gate type field effect transistor, a gate groove and a gate extraction groove connected to each other are formed in a semiconductor substrate, and After forming an insulating film for the gate insulating film on the inner surface, the trenches are filled with a laminated film having a first conductive film, a first material film thereon, and a second conductive film thereon. Then, after forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, a contact hole is formed. At this time, a first contact hole for exposing the first conductive film is formed on the gate lead trench by etching the interlayer insulating film and the second conductive film and the first material film in the gate lead trench. However, the first material film functions as an etching stopper film when the second conductive film is etched.
また、一実施の形態によれば、半導体基板に、互いに繋がっているゲート用の溝とゲート引出用の溝とが形成され、ゲート用の溝内にゲート絶縁膜用の第1絶縁膜を介してゲート電極が埋め込まれており、ゲート引出用の溝の内面には第1絶縁膜を介して第1導電膜が形成されている。半導体基板上にはゲート電極を覆うように層間絶縁膜が形成されており、ゲート引出用の溝上に、層間絶縁膜を貫通し、ゲート引出用の溝内の第1導電膜を露出する第1コンタクトホールが形成されている。第1コンタクトホールには、第1接続用導体部が埋め込まれて第1導電膜に電気的に接続されている。ゲート電極は、ゲート用の溝の内面に第1絶縁膜に接するように形成された第1導電膜と、第1導電膜上の第1材料膜と、第1材料膜上の第2導電膜とを有し、第1導電膜と第2導電膜とは同材料により形成され、第1材料膜は、第1導電膜および第2導電膜とは異なる材料により形成されている。そして、ゲート用の溝内の第1導電膜とゲート引出用の溝内の第1導電膜とは、一体的に形成されている。 According to one embodiment, a gate groove and a gate lead-out groove connected to each other are formed in the semiconductor substrate, and the gate insulating film is interposed in the gate groove. A gate electrode is embedded, and a first conductive film is formed on the inner surface of the gate lead-out groove via a first insulating film. An interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode. The first insulating film penetrates the interlayer insulating film on the gate lead-out groove and exposes the first conductive film in the gate lead-out groove. Contact holes are formed. In the first contact hole, a first connecting conductor is buried and electrically connected to the first conductive film. The gate electrode includes a first conductive film formed on the inner surface of the gate groove so as to be in contact with the first insulating film, a first material film on the first conductive film, and a second conductive film on the first material film. The first conductive film and the second conductive film are formed of the same material, and the first material film is formed of a material different from that of the first conductive film and the second conductive film. The first conductive film in the gate groove and the first conductive film in the gate lead-out groove are integrally formed.
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 According to one embodiment, the reliability of a semiconductor device can be improved.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その言及した数に限定されるものではなく、言及した数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the mentioned number, and may be more or less than the mentioned number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。 In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
(実施の形態)
<半導体装置の構造について>
図1は、本実施の形態の半導体装置(半導体チップ)CPの全体平面図であり、図2〜図4は、図1の半導体装置CPの部分拡大平面図であり、図5は、図1の半導体装置CPの要部断面図である。図6は、図5の部分拡大断面図である。図7は、図1の半導体装置CPの他の要部断面図である。
(Embodiment)
<Structure of semiconductor device>
FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor device (semiconductor chip) CP of the present embodiment, FIGS. 2 to 4 are partially enlarged plan views of the semiconductor device CP of FIG. 1, and FIG. It is principal part sectional drawing of this semiconductor device CP. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of another main part of the semiconductor device CP of FIG.
図2〜図4は、図1において二点鎖線で囲まれた領域RG1の拡大図が示されている。図5は、図2のA−A線の断面図に対応している。図7は、図2のB−B線の断面図に対応している。 2 to 4 are enlarged views of a region RG1 surrounded by a two-dot chain line in FIG. FIG. 5 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 7 corresponds to a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
図2〜図4同士は、同じ平面領域(領域RG1の平面図)が示されているが、図2は、領域RG1における溝TR(TR1,TR2)の平面レイアウトを示す平面図であり、図3は、図2にコンタクトホールCT1,CT2を追加した平面図であり、図4は、図2に配線M1(ソース用配線M1Sおよびゲート用配線M1G)を追加した平面図である。なお、図2〜図4は平面図であるが、理解を簡単にするために、図2では、溝TRが形成されている領域にハッチングを付し、図3では、コンタクトホールCT1,CT2が形成されている領域にハッチングを付し、図4では、ソース用配線M1Sおよびゲート用配線M1Gが形成されている領域にハッチングを付してある。また、図4では、溝TRを実線で示し、ソース用配線M1Sおよびゲート用配線M1Gの端部を二点鎖線で示してある。 2 to 4 show the same planar region (plan view of the region RG1), but FIG. 2 is a plan view showing a planar layout of the trenches TR (TR1, TR2) in the region RG1. 3 is a plan view in which contact holes CT1 and CT2 are added to FIG. 2, and FIG. 4 is a plan view in which wiring M1 (source wiring M1S and gate wiring M1G) is added to FIG. 2 to 4 are plan views, but for the sake of easy understanding, in FIG. 2, the region where the trench TR is formed is hatched, and in FIG. 3, the contact holes CT1 and CT2 are formed. The formed region is hatched. In FIG. 4, the region where the source wiring M1S and the gate wiring M1G are formed is hatched. In FIG. 4, the trench TR is indicated by a solid line, and the ends of the source wiring M1S and the gate wiring M1G are indicated by two-dot chain lines.
また、図6は、図5における一点鎖線で囲まれた領域RG2,RG3の拡大図が示されており、図6の右側が、図5の領域RG2の拡大図に対応し、図6の左側が、図5の領域RG3の拡大図に対応している。但し、図6では、図面を見やすくするために、プラグPGを構成するバリア導体膜BRと主導体膜MC1とを分けずに、単にプラグPGとして図示している。 6 shows an enlarged view of the regions RG2 and RG3 surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 5. The right side of FIG. 6 corresponds to the enlarged view of the region RG2 of FIG. Corresponds to an enlarged view of the region RG3 in FIG. However, in FIG. 6, in order to make the drawing easy to see, the barrier conductor film BR and the main conductor film MC <b> 1 constituting the plug PG are simply illustrated as the plug PG without being separated.
また、図1は、平面図であるが、ソース用配線M1Sおよびゲート用配線M1Gの形成領域がハッチングを付して示されており、また、ソース用配線M1Sおよびゲート用配線M1Gを露出してボンディングパッドを形成する開口部OP3が点線で示されている。図1において、ソース用配線M1S全体の下方に溝TR1が網目状に形成され(図2および図4参照)、ゲート用配線M1Gの下方にゲート用配線M1Gに沿って溝TR2が形成されている(図2および図4参照)が、図面を見やすくするために、図1では溝TR(TR1,TR2)については図示を省略している。 Further, FIG. 1 is a plan view, but the formation region of the source wiring M1S and the gate wiring M1G is hatched, and the source wiring M1S and the gate wiring M1G are exposed. An opening OP3 that forms a bonding pad is indicated by a dotted line. In FIG. 1, a trench TR1 is formed in a mesh shape below the entire source wiring M1S (see FIGS. 2 and 4), and a trench TR2 is formed below the gate wiring M1G along the gate wiring M1G. (See FIGS. 2 and 4), however, the illustration of the trenches TR (TR1, TR2) is omitted in FIG.
本実施の形態の半導体装置は、トレンチゲート型の電界効果トランジスタ、例えばトレンチゲート型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)、を備えた半導体装置である。従って、本実施の形態の半導体装置は、縦型の電界効果トランジスタを備えた半導体装置である。 The semiconductor device of the present embodiment is a semiconductor device provided with a trench gate type field effect transistor, for example, a trench gate type MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). Therefore, the semiconductor device of the present embodiment is a semiconductor device including a vertical field effect transistor.
以下、本実施の形態の半導体装置の構造について、図1〜図7を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, the structure of the semiconductor device of this embodiment will be specifically described with reference to FIGS.
図1〜図7に示されるように、トレンチゲート型のMISFETが、半導体基板(以下、単に基板という)SUBの主面に形成されている。図5および図7に示されるように、基板SUBは、例えばヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn+型の単結晶シリコンなどからなる基板本体(半導体基板、半導体ウエハ)SBと、基板本体SBの主面上に形成された、例えばn−型の単結晶シリコンからなるエピタキシャル層(半導体層)EPと、を有している。このため、基板SUBは、いわゆるエピタキシャルウエハである。基板本体SBとエピタキシャル層EPとは、同じ導電型(ここではn型)であるが、基板本体SBの不純物濃度(n型不純物濃度)は、エピタキシャル層EPの不純物濃度(n型不純物濃度)よりも高くなっており、基板本体SBの抵抗率(比抵抗)は、エピタキシャル層EPの抵抗率(比抵抗)よりも低い。 As shown in FIGS. 1 to 7, a trench gate type MISFET is formed on the main surface of a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) SUB. As shown in FIGS. 5 and 7, the substrate SUB includes a substrate body (semiconductor substrate, semiconductor wafer) SB made of n + type single crystal silicon into which an n type impurity such as arsenic (As) is introduced, for example. And an epitaxial layer (semiconductor layer) EP made of, for example, n − type single crystal silicon, formed on the main surface of the substrate body SB. Therefore, the substrate SUB is a so-called epitaxial wafer. The substrate body SB and the epitaxial layer EP have the same conductivity type (here, n-type), but the impurity concentration (n-type impurity concentration) of the substrate body SB is greater than the impurity concentration (n-type impurity concentration) of the epitaxial layer EP. The resistivity (specific resistance) of the substrate body SB is lower than the resistivity (specific resistance) of the epitaxial layer EP.
エピタキシャル層EPにトレンチゲート型MISFETが形成されている。トレンチゲート型MISFETは、トレンチ型ゲート構造(基板に設けた溝に埋め込まれたゲート電極構造)を有するMISFETである。 A trench gate type MISFET is formed in the epitaxial layer EP. The trench gate type MISFET is a MISFET having a trench type gate structure (a gate electrode structure embedded in a groove provided in a substrate).
基板SUBには、その主面から基板SUBの厚さ方向に延びる溝(トレンチ)TRが形成されている。溝TRは、トレンチゲート(ゲート電極GE)形成用の溝TR1と、ゲート引出用の溝TR2とを含んでおり、溝TR2は、溝TR1に繋がっている。溝TRの底面は、基板本体SBには達しておらず、エピタキシャル層EPの途中(深さ方向の途中)に位置している。 The substrate SUB is formed with a trench TR extending from the main surface thereof in the thickness direction of the substrate SUB. The trench TR includes a trench TR1 for forming a trench gate (gate electrode GE) and a trench TR2 for leading out the gate, and the trench TR2 is connected to the trench TR1. The bottom surface of the trench TR does not reach the substrate body SB and is located in the middle of the epitaxial layer EP (in the middle of the depth direction).
溝TR1は、エピタキシャル層EPの表層部を、島状に千鳥配列に分断するように形成されている。別の言い方をすると、溝TR1は、エピタキシャル層EPの表面に、網目状に形成されている。図2では、溝TR1によって囲まれたこの島状部分のエピタキシャル層EP(p型半導体領域PRおよびn+型半導体領域NRとなっている部分を含む)を、符号EP1を付して示しており、島状部EP1と称することとする。この島状部EP1と、その島状部EP1を囲む溝TR1内に埋め込まれたゲート電極GEとによって、縦型のトランジスタセルが形成されている。この縦型のトランジスタセルは、トレンチゲート型のMISFETで形成されており、この縦型のトランジスタセルが半導体装置CPの中央部のトランジスタセル領域CEに規則的(ここでは千鳥配列)に配列されている。なお、トランジスタセル領域CEは、図2において二点鎖線で示されているが、図1においてはソース用配線M1Sが形成されている領域のほぼ全体がトランジスタセル領域CEとなっている。トランジスタセル領域CEに規則的に配列された縦型のトランジスタセルが並列に接続されることで、全体のトランジスタ(縦型のパワートランジスタ)が形成されている。 The trench TR1 is formed so as to divide the surface layer portion of the epitaxial layer EP into an island shape in a staggered arrangement. In other words, the trench TR1 is formed in a mesh shape on the surface of the epitaxial layer EP. In FIG. 2, the island-shaped epitaxial layer EP (including the p-type semiconductor region PR and the n + -type semiconductor region NR) surrounded by the trench TR1 is denoted by reference numeral EP1. This is called an island-shaped part EP1. A vertical transistor cell is formed by the island-shaped portion EP1 and the gate electrode GE embedded in the trench TR1 surrounding the island-shaped portion EP1. This vertical transistor cell is formed of a trench gate type MISFET, and this vertical transistor cell is regularly (here, staggered) arranged in the transistor cell region CE in the center of the semiconductor device CP. Yes. The transistor cell region CE is indicated by a two-dot chain line in FIG. 2, but in FIG. 1, almost the entire region where the source wiring M1S is formed is the transistor cell region CE. The vertical transistor cells regularly arranged in the transistor cell region CE are connected in parallel to form an entire transistor (vertical power transistor).
なお、図2〜図4では、エピタキシャル層EPの表面に溝TR1が網目状に形成され、溝TR1で囲まれた島状部EP1が千鳥配列となっている場合を図示しているが、他の形態として、エピタキシャル層EPの表面において、溝TR1を格子状に形成し、溝TR1で囲まれた島状部EP1をアレイ状に直線的に配列させることもできる。更に他の形態として、エピタキシャル層EPの表面において、溝TR1をストライプ状に形成することもできる。 2 to 4 show a case where the trench TR1 is formed in a mesh shape on the surface of the epitaxial layer EP, and the island portions EP1 surrounded by the trench TR1 are arranged in a staggered arrangement. As a form, the trench TR1 can be formed in a lattice shape on the surface of the epitaxial layer EP, and the island-shaped portions EP1 surrounded by the trench TR1 can be linearly arranged in an array. As another form, the trench TR1 can be formed in a stripe shape on the surface of the epitaxial layer EP.
半導体装置CPにおいて、トランジスタセル領域CEの全体の上方にソース用配線M1Sが形成され、トランジスタセル領域CEの外周を囲むようにゲート用配線M1Gが形成されており、ゲート用配線M1Gの下方にゲート用配線M1Gに沿って溝TR2が形成されている。すなわち、溝TR2は、ゲート用配線M1Gの下方に、トランジスタセル領域CEの外周を囲むように延在しているが、溝TR2は、溝TR1に繋がっている。つまり、溝TR1は、トランジスタセル領域CEに網目状に形成されているが、トランジスタセル領域CE内からトランジスタセル領域CEの外にまで延長して、溝TR2に繋がっている。換言すれば、トランジスタセル領域CEの外で、溝TR1の終端が溝TR2に繋がっている。 In the semiconductor device CP, a source wiring M1S is formed above the entire transistor cell region CE, a gate wiring M1G is formed so as to surround the outer periphery of the transistor cell region CE, and a gate is formed below the gate wiring M1G. A trench TR2 is formed along the wiring M1G. That is, the trench TR2 extends below the gate wiring M1G so as to surround the outer periphery of the transistor cell region CE, but the trench TR2 is connected to the trench TR1. That is, the trench TR1 is formed in a mesh shape in the transistor cell region CE, but extends from the transistor cell region CE to the outside of the transistor cell region CE and is connected to the trench TR2. In other words, the end of the trench TR1 is connected to the trench TR2 outside the transistor cell region CE.
溝TR1に隣接して、エピタキシャル層EP中に、ベース領域としてp型半導体領域(p型ベース領域)PRが形成されている。また、エピタキシャル層EPにおいて、溝TR1に隣接して、p型半導体領域PRの上部にソース領域としてn+型半導体領域(n+型ソース領域)NRが形成されている。p型半導体領域PRの下はn−型のエピタキシャル層EPとなっている。溝TR1が網目状に形成されている場合は、溝TR1によって平面的に囲まれたエピタキシャル層EP(すなわち島状部EP1)の表層にn+型半導体領域NRが形成され、そのn+型半導体領域NRの下にp型半導体領域PRが形成され、そのp型半導体領域PRの下はn−型のエピタキシャル層EPとなっている。p型半導体領域PRは、チャネル領域(チャネル形成領域)用のp型半導体領域であり、n+型半導体領域NRは、ソース領域用のn型半導体領域である。溝TRの底面は、p型半導体領域PRの下面(底面)よりも深いが、基板本体SBには達しておらず、エピタキシャル層EPの途中(深さ方向の途中)に位置している。 Adjacent to the trench TR1, a p-type semiconductor region (p-type base region) PR is formed as a base region in the epitaxial layer EP. In the epitaxial layer EP, an n + type semiconductor region (n + type source region) NR is formed as a source region adjacent to the trench TR1 and above the p type semiconductor region PR. Under the p-type semiconductor region PR is an n − -type epitaxial layer EP. If the grooves TR1 is formed in a mesh shape, the surface layer to the n + -type semiconductor region NR of the epitaxial layer EP surrounded by plane by a groove TR1 (i.e. islands EP1) is formed, the n + -type semiconductor A p-type semiconductor region PR is formed under the region NR, and an n − type epitaxial layer EP is formed under the p-type semiconductor region PR. The p-type semiconductor region PR is a p-type semiconductor region for a channel region (channel formation region), and the n + -type semiconductor region NR is an n-type semiconductor region for a source region. The bottom surface of the trench TR is deeper than the bottom surface (bottom surface) of the p-type semiconductor region PR, but does not reach the substrate body SB and is positioned in the middle of the epitaxial layer EP (in the depth direction).
溝TR2内に形成されている導電体(ここでは導電膜CD1)は、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEと一体的に形成されているが、MISFETのゲート電極としては機能しないため、エピタキシャル層EPにおいて、溝TR2に隣接する領域には、ソース用のn型半導体領域(ここではn+型半導体領域NR)は形成されていない。しかしながら、エピタキシャル層EPにおいて、溝TR2に隣接する領域に、p型半導体領域PRを形成することもできる。 The conductor (here, the conductive film CD1) formed in the trench TR2 is formed integrally with the gate electrode GE embedded in the trench TR1, but does not function as the gate electrode of the MISFET. In EP, a source n-type semiconductor region (here, n + -type semiconductor region NR) is not formed in a region adjacent to the trench TR2. However, in the epitaxial layer EP, the p-type semiconductor region PR can be formed in a region adjacent to the trench TR2.
溝TR(TR1,TR2)の内面(側面および底面)には、酸化シリコン膜などの絶縁膜GIが形成されている。絶縁膜GIは、ゲート絶縁膜用の絶縁膜である。溝TR1の内面(側面および底面)の絶縁膜GIは、トレンチゲート型MISFETのゲート絶縁膜として機能することができる。溝TR2の内面(側面および底面)の絶縁膜GIは、MISFETのゲート絶縁膜としては機能しないが、溝TR2内に形成されている導電体(ここでは導電膜CD1)と、エピタキシャル層EPとの間を絶縁するように機能する。溝TR1内には、絶縁膜GI(ゲート絶縁膜)を介してゲート電極GEが埋め込まれている。 An insulating film GI such as a silicon oxide film is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR (TR1, TR2). The insulating film GI is an insulating film for a gate insulating film. The insulating film GI on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR1 can function as a gate insulating film of the trench gate type MISFET. The insulating film GI on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 does not function as the gate insulating film of the MISFET, but the conductor (here, the conductive film CD1) formed in the trench TR2 and the epitaxial layer EP It functions to insulate the gap. A gate electrode GE is buried in the trench TR1 through an insulating film GI (gate insulating film).
ゲート電極GEは、溝TR1内に埋め込まれた積層膜LMにより形成されている。積層膜LMは、導電膜(導体膜)CD1と、導電膜CD1上の材料膜MTと、材料膜MT上の導電膜(導体膜)CD2との積層膜である。導電膜CD1および導電膜CD2は、好ましくは同材料により形成されており、特に好ましくは、それぞれポリシリコン膜である。導電膜CD1および導電膜CD2をポリシリコン膜とする場合、低抵抗化を図るため、不純物が導入されたドープトポリシリコン膜であることが好ましく、例えばリンなどが導入されている。材料膜MTは、好ましくは酸化シリコン膜または窒化シリコン膜であり、特に好ましくは酸化シリコン膜である。 The gate electrode GE is formed by a stacked film LM embedded in the trench TR1. The laminated film LM is a laminated film of a conductive film (conductor film) CD1, a material film MT on the conductive film CD1, and a conductive film (conductor film) CD2 on the material film MT. The conductive film CD1 and the conductive film CD2 are preferably formed of the same material, and particularly preferably a polysilicon film. In the case where the conductive film CD1 and the conductive film CD2 are polysilicon films, a doped polysilicon film into which impurities are introduced is preferable in order to reduce resistance, for example, phosphorus or the like is introduced. The material film MT is preferably a silicon oxide film or a silicon nitride film, and particularly preferably a silicon oxide film.
ゲート電極GEは、溝TR1内に埋め込まれた、導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2との積層膜LMにより形成されている。すなわち、ゲート電極GEは、溝TR1の内面(側面および底面)に沿って、絶縁膜GIに接するようにほぼ一様の厚みで形成された導電膜CD1と、この導電膜CD1の表面(絶縁膜GIに接する側とは反対側の面)に形成された材料膜MTと、この材料膜MTに接しかつ溝TR1を埋めるように形成された導電膜CD2とを有している。ゲート電極GEにおいて、材料膜MTは、導電膜CD1と導電膜CD2との間に介在した状態となっている。 The gate electrode GE is formed of a stacked film LM of the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2 embedded in the trench TR1. That is, the gate electrode GE includes the conductive film CD1 formed with a substantially uniform thickness so as to be in contact with the insulating film GI along the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR1, and the surface (insulating film) of the conductive film CD1. And a conductive film CD2 formed so as to contact the material film MT and fill the trench TR1. In the gate electrode GE, the material film MT is in a state of being interposed between the conductive film CD1 and the conductive film CD2.
溝TR2の内面(側面および底面)には、絶縁膜GIを介して導電膜CD1が形成(被覆)されている。このため、溝TR2の内面(側面および底面)は、絶縁膜GIを介してほぼ一様な(均一な)膜厚を有する導電膜CD1で被覆された状態となっている。 A conductive film CD1 is formed (covered) on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 via the insulating film GI. For this reason, the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 is covered with the conductive film CD1 having a substantially uniform (uniform) film thickness via the insulating film GI.
ゲート引出用の溝TR2の内部の導電膜CD1の膜厚は、ほぼ一様(均一)である。つまり、溝TR2の底面を絶縁膜GIを介して被覆する部分の導電膜CD1の厚みT1aと、溝TR2の互いに対向する側面を絶縁膜GIを介して被覆する部分の導電膜CD1の厚みT1b及びT1cとは、ほぼ同じになっている(すなわちT1a≒T1b≒T1c、図6参照)。これは、後述のステップS4aでほぼ一様な膜厚(T1)の導電膜CD1を溝TR2に対してコンフォーマルに形成し、後述のステップS9で材料膜MTをエッチングストッパ膜として機能させることで、溝TR2内の導電膜CD1のエッチングを抑制または防止し、それによって、溝TR2内の導電膜CD1の一様な厚みが維持されたためである。このため、厚みT1a,T1b,T1cは、後述のステップS4aにおける導電膜CD1の形成膜厚(T1)とほぼ同じになる。 The film thickness of the conductive film CD1 inside the gate lead trench TR2 is substantially uniform (uniform). That is, the thickness T1a of the conductive film CD1 that covers the bottom surface of the trench TR2 via the insulating film GI, and the thickness T1b of the conductive film CD1 that covers the opposite side surfaces of the trench TR2 via the insulating film GI; T1c is substantially the same (that is, T1a≈T1b≈T1c, see FIG. 6). This is because a conductive film CD1 having a substantially uniform film thickness (T1) is formed conformally to the trench TR2 in step S4a described later, and the material film MT functions as an etching stopper film in step S9 described later. This is because the etching of the conductive film CD1 in the trench TR2 is suppressed or prevented, and thereby the uniform thickness of the conductive film CD1 in the trench TR2 is maintained. For this reason, the thicknesses T1a, T1b, and T1c are substantially the same as the formation thickness (T1) of the conductive film CD1 in step S4a described later.
溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEの上面と、溝TR2内に形成されている導電膜CD1の上面とは、溝TR1,TR2の外部のエピタキシャル層EPの上面(すなわち基板SUBの上面)よりも低い位置にある。つまり、基板SUBの上面を基準にすると、それよりも低い位置にのみ、溝TR1内のゲート電極GEと溝TR2内の導電膜CD1とが存在している。溝TR1,TR2の外部のエピタキシャル層EP(基板SUB)の上面上には、ゲート電極GEと同層の膜(すなわちゲート電極GEに一体的に繋がっている膜)は延在しておらず、導電膜CD1も延在していない。つまり、ゲート電極GEおよびゲート電極GEと一体的に連続して形成された膜は、溝TRの内部に完全に埋め込まれており、溝TRの外部の基板SUB(エピタキシャル層EP)の上面上には形成されていない。 The upper surface of the gate electrode GE embedded in the trench TR1 and the upper surface of the conductive film CD1 formed in the trench TR2 are more than the upper surface of the epitaxial layer EP outside the trenches TR1 and TR2 (that is, the upper surface of the substrate SUB). It is in a low position. That is, with reference to the upper surface of the substrate SUB, the gate electrode GE in the trench TR1 and the conductive film CD1 in the trench TR2 exist only at a position lower than that. On the upper surface of the epitaxial layer EP (substrate SUB) outside the trenches TR1 and TR2, a film in the same layer as the gate electrode GE (that is, a film integrally connected to the gate electrode GE) does not extend, The conductive film CD1 does not extend. That is, the gate electrode GE and the film formed integrally and continuously with the gate electrode GE are completely embedded in the trench TR, and are formed on the upper surface of the substrate SUB (epitaxial layer EP) outside the trench TR. Is not formed.
また、溝TR(TR1,TR2)の埋め込み性を良くするために、溝TRの側面にはテーパ(傾斜)が設けられていることが好ましい。すなわち、溝TRは、深さが深くなるにしたがって溝TRの開口が小さくなるようなテーパを有していることが好ましい。テーパの角度(後述の図16のαに対応)は、83〜87°が好ましく、例えば85°程度とすることができる。 In order to improve the filling property of the trench TR (TR1, TR2), it is preferable that the side surface of the trench TR is tapered (inclined). That is, it is preferable that the trench TR has a taper such that the opening of the trench TR becomes smaller as the depth becomes deeper. The taper angle (corresponding to α in FIG. 16 described later) is preferably 83 to 87 °, and can be, for example, about 85 °.
基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)上には、ゲート電極GEを覆うように、絶縁膜IL2が形成されている。絶縁膜IL2は、層間絶縁膜であり、例えば酸化シリコン膜からなる。 On the main surface of the substrate SUB (that is, the main surface of the epitaxial layer EP), an insulating film IL2 is formed so as to cover the gate electrode GE. The insulating film IL2 is an interlayer insulating film, and is made of, for example, a silicon oxide film.
絶縁膜IL2にはコンタクトホールCT1,CT2(開口部、孔、貫通孔、接続孔)が形成されている。コンタクトホールCT1は、ソース用のコンタクトホールであり、コンタクトホールCT2は、ゲート引出用のコンタクトホールである。 Contact holes CT1 and CT2 (openings, holes, through holes, connection holes) are formed in the insulating film IL2. The contact hole CT1 is a source contact hole, and the contact hole CT2 is a gate lead-out contact hole.
コンタクトホールCT1,CT2内には、導電体部(接続用導体部)として導電性のプラグPGが埋め込まれている。ここで、コンタクトホールCT1内に埋め込まれたプラグPGを、プラグPG1と称し、コンタクトホールCT2内に埋め込まれたプラグPGを、プラグPG2と称することとする。プラグPGは、側面および底面は、チタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、あるいはそれらの積層膜からなるバリア導体膜BRで構成され、バリア導体膜BRよりも内側は、タングステンからなる主導体膜MC1で構成されている。 In the contact holes CT1, CT2, a conductive plug PG is embedded as a conductor portion (connection conductor portion). Here, the plug PG embedded in the contact hole CT1 is referred to as a plug PG1, and the plug PG embedded in the contact hole CT2 is referred to as a plug PG2. The plug PG includes a barrier conductor film BR made of a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, or a laminated film thereof on the side surface and the bottom surface, and the inner side of the barrier conductor film BR is made of tungsten. It is composed of body membrane MC1.
プラグPGが埋め込まれた絶縁膜IL2上には、導電膜からなる配線M1が形成されている。配線M1は、ゲート用配線M1Gおよびソース用配線M1Sを有している。ゲート用配線M1Gは、プラグPG2を平面視で内包するように形成されており、プラグPG2に接して電気的に接続されている。ソース用配線M1Sは、トランジスタセル領域CEの全体の複数のプラグPG1に接して電気的に接続されている。 A wiring M1 made of a conductive film is formed on the insulating film IL2 in which the plug PG is embedded. The wiring M1 includes a gate wiring M1G and a source wiring M1S. The gate wiring M1G is formed so as to include the plug PG2 in a plan view, and is in contact with and electrically connected to the plug PG2. The source wiring M1S is in contact with and electrically connected to the plurality of plugs PG1 in the entire transistor cell region CE.
コンタクトホールCT1は、トランジスタセル領域CEにおいて、平面視で溝TR1の間のエピタキシャル層EPの上部に形成されており、絶縁膜IL2,GIおよびn+型半導体領域NRを貫通して、コンタクトホールCT1の底部がp型半導体領域PRの厚み方向の途中に位置している。このため、コンタクトホールCT1内に形成されたプラグPG1も、絶縁膜IL2,GIおよびn+型半導体領域NRを貫通して、プラグPG1の底部がp型半導体領域PRの厚み方向の途中に位置している。このため、プラグPG1は、n+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRの両方に接して、電気的に接続されている。 In the transistor cell region CE, the contact hole CT1 is formed above the epitaxial layer EP between the trenches TR1 in plan view, and penetrates through the insulating films IL2 and GI and the n + type semiconductor region NR to contact hole CT1. Is located in the middle of the thickness direction of the p-type semiconductor region PR. For this reason, the plug PG1 formed in the contact hole CT1 also penetrates the insulating films IL2 and GI and the n + type semiconductor region NR, and the bottom of the plug PG1 is located in the middle of the thickness direction of the p type semiconductor region PR. ing. Therefore, the plug PG1 is in contact with and electrically connected to both the n + type semiconductor region NR and the p type semiconductor region PR.
溝TR1が網目状に形成されている場合は、溝TR1によって平面的に囲まれたエピタキシャル層EP(島状部EP1)のそれぞれにコンタクトホールCT1が形成され、コンタクトホールCT1がn+型半導体領域NRを貫通して、p型半導体領域PRの厚み方向の途中に達している。トランジスタセル領域CEには、溝TR1で囲まれた島状部EP1が複数配列し、島状部EP1のそれぞれに対してコンタクトホールCT1が設けられているため、トランジスタセル領域CEにはコンタクトホールCT1が複数形成された状態となっている。そして、トランジスタセル領域CEに形成されたそれら複数のコンタクトホールCT1に埋め込まれたプラグPG1は、共通のソース用配線M1Sに電気的に接続されている。 When the trench TR1 is formed in a mesh shape, a contact hole CT1 is formed in each of the epitaxial layers EP (island portions EP1) planarly surrounded by the trench TR1, and the contact hole CT1 is an n + type semiconductor region. It penetrates NR and reaches the middle in the thickness direction of the p-type semiconductor region PR. In the transistor cell region CE, a plurality of island portions EP1 surrounded by the trench TR1 are arranged, and a contact hole CT1 is provided for each of the island portions EP1, so that the contact hole CT1 is formed in the transistor cell region CE. Is formed. The plug PG1 embedded in the plurality of contact holes CT1 formed in the transistor cell region CE is electrically connected to the common source wiring M1S.
ソース用配線M1Sは、プラグPG1を介して、トランジスタセル領域CEのn+型半導体領域NRおよびp+型半導体領域PRと電気的に接続されている。すなわち、ソース用のn+型半導体領域NRとその下のp+型半導体領域PRとは、プラグPG1を介して、ソース用配線M1Sと電気的に接続されている。 The source wiring M1S is electrically connected to the n + type semiconductor region NR and the p + type semiconductor region PR of the transistor cell region CE through the plug PG1. That is, the source n + type semiconductor region NR and the p + type semiconductor region PR therebelow are electrically connected to the source wiring M1S through the plug PG1.
コンタクトホールCT2は、溝TR2上に形成されおり、溝TR2の延在方向に沿って帯状に形成されている。コンタクトホールCT2およびそこに埋め込まれたプラグPG2は、溝TR2に平面視で内包される位置に形成されているが、プラグPG2は、溝TR2内で導電膜CD1に接して電気的に接続されている。プラグPG2は、溝TR2内の導電膜CD1と、溝TR2の直上に位置するゲート用配線M1Gとの間を電気的に接続している。 The contact hole CT2 is formed on the trench TR2, and is formed in a strip shape along the extending direction of the trench TR2. The contact hole CT2 and the plug PG2 embedded therein are formed at a position included in the trench TR2 in plan view, but the plug PG2 is in contact with the conductive film CD1 in the trench TR2 and is electrically connected thereto. Yes. The plug PG2 electrically connects the conductive film CD1 in the trench TR2 and the gate wiring M1G located immediately above the trench TR2.
プラグPG2は、一部が溝TR2の内部に位置している。すなわち、プラグPG2は、平面視で溝TR2に内包される位置に形成され、プラグPG2の底部は、溝TR2の外部の基板SUB(エピタキシャル層EP)の上面よりも低い位置にある。溝TR2の内面(側面および底面)は、上述のように絶縁膜GIを介してほぼ一様な(均一な)膜厚を有する導電膜CD1で被覆されているが、この溝TR2内の導電膜CD1にプラグPG2が接して電気的に接続されている。すなわち、溝TR2の内面(側面および底面)は、絶縁膜GIを介してほぼ一様な膜厚の導電膜CD1で被覆され、その内部(絶縁膜GIおよび導電膜CD1で内面が被覆された溝TR2の内部)は、プラグPG2で充填されている。溝TR2の内面(側面および底面)に形成されている絶縁膜GIとプラグPG2との間には導電膜CD1が介在しているため、プラグPG2は、絶縁膜GIには接していない。 A part of the plug PG2 is located inside the groove TR2. That is, the plug PG2 is formed at a position included in the trench TR2 in plan view, and the bottom of the plug PG2 is located at a position lower than the upper surface of the substrate SUB (epitaxial layer EP) outside the trench TR2. The inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 is covered with the conductive film CD1 having a substantially uniform (uniform) film thickness via the insulating film GI as described above. A plug PG2 is in contact with CD1 and is electrically connected. That is, the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 is covered with the conductive film CD1 having a substantially uniform film thickness via the insulating film GI, and the inside (the groove whose inner surface is covered with the insulating film GI and the conductive film CD1). The interior of TR2 is filled with plug PG2. Since the conductive film CD1 is interposed between the insulating film GI formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 and the plug PG2, the plug PG2 is not in contact with the insulating film GI.
また、図7からも分かるように、導電膜CD2と導電膜CD1とは、プラグPG2を介して電気的に接続されている。これは、溝TR2と溝TR1との連結部を通りかつ溝TR1の延在方向に沿った断面(図2のB−B線の断面、すなわち図7の断面に対応)で見ると、コンタクトホールCT2の側面で導電膜CD2の一部が露出して、この露出した導電膜CD2がプラグPG2と接するためである。つまり、導電膜CD2と導電膜CD1とは、間に材料膜MTが介在しているため、直接的には接していないが、プラグPG2は導電膜CD2と導電膜CD1との両方に接しているので、導電膜CD2と導電膜CD1とは、プラグPG2を介して電気的に接続されることになる。このため、ゲート電極GEを構成する導電膜CD1と導電膜CD2も、互いに電気的に接続された状態になる。このため、ゲート電極GEを構成する導電膜CD1と導電膜CD2との間に材料膜MTが介在していても、ゲート抵抗が増加するのを抑制または防止することができる。 Further, as can be seen from FIG. 7, the conductive film CD2 and the conductive film CD1 are electrically connected through the plug PG2. This is a contact hole when viewed in a cross section (corresponding to a cross section taken along line BB in FIG. 2, ie, a cross section in FIG. 7) passing through the connecting portion between the trench TR2 and the trench TR1 and extending in the extending direction of the trench TR1. This is because a part of the conductive film CD2 is exposed on the side surface of the CT2, and the exposed conductive film CD2 is in contact with the plug PG2. That is, the conductive film CD2 and the conductive film CD1 are not in direct contact with each other because the material film MT is interposed therebetween, but the plug PG2 is in contact with both the conductive film CD2 and the conductive film CD1. Therefore, the conductive film CD2 and the conductive film CD1 are electrically connected via the plug PG2. For this reason, the conductive film CD1 and the conductive film CD2 constituting the gate electrode GE are also electrically connected to each other. For this reason, even if the material film MT is interposed between the conductive film CD1 and the conductive film CD2 constituting the gate electrode GE, it is possible to suppress or prevent the gate resistance from increasing.
ゲート用配線M1Gは、プラグPG2を介して、溝TR2の内面(側面および底面)を被覆する導電膜CD1に電気的に接続されている。溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEを構成する導電膜CD1は、溝TR2の内面(側面および底面)を被覆する導電膜CD1と一体的に形成されて繋がっている。また、上述のように、プラグPG2は、導電膜CD2にも接して電気的に接続されている。このため、ゲート用配線M1Gは、プラグPG2および溝TR2の内面(側面および底面)を被覆する導電膜CD1を介して、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEと電気的に接続されている。 Gate wiring M1G is electrically connected to conductive film CD1 covering the inner surface (side surface and bottom surface) of trench TR2 through plug PG2. The conductive film CD1 constituting the gate electrode GE embedded in the trench TR1 is formed integrally with the conductive film CD1 covering the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2. Further, as described above, the plug PG2 is also in contact with and electrically connected to the conductive film CD2. For this reason, the gate wiring M1G is electrically connected to the gate electrode GE embedded in the trench TR1 through the conductive film CD1 covering the plug PG2 and the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2.
図5および図7に示されるように、配線M1(ゲート用配線M1Gおよびソース用配線M1S)は、表面保護のための絶縁膜IL3により覆われている。すなわち、絶縁膜IL2上に、配線M1(ゲート用配線M1Gおよびソース用配線M1S)を覆うように、絶縁膜IL3が形成されている。この絶縁膜IL3は、半導体装置の最上層の膜(絶縁膜)である。 As shown in FIGS. 5 and 7, the wiring M1 (the gate wiring M1G and the source wiring M1S) is covered with an insulating film IL3 for surface protection. That is, the insulating film IL3 is formed on the insulating film IL2 so as to cover the wiring M1 (the gate wiring M1G and the source wiring M1S). This insulating film IL3 is the uppermost film (insulating film) of the semiconductor device.
図1、図5および図7に示されるように、絶縁膜IL3には複数の開口部OP3が形成されており、各開口部OP3からは、配線M1の一部が露出されている。開口部OP3から露出する配線M1が、ボンディングパッド(パッド電極)となっている。すなわち、絶縁膜IL3に形成された開口部OP3(開口部OP3のうち、ソース用のボンディングパッドを形成するための開口部OP3)から露出するソース用配線M1Sによって、ソース用のボンディングパッドが形成される。また、絶縁膜IL3に形成された開口部OP3(開口部OP3のうち、ゲート用のボンディングパッドを形成するための開口部OP3)から露出するゲート用配線M1Gによって、ゲート用のボンディングパッドが形成される。 As shown in FIGS. 1, 5, and 7, a plurality of openings OP3 are formed in the insulating film IL3, and a part of the wiring M1 is exposed from each opening OP3. The wiring M1 exposed from the opening OP3 serves as a bonding pad (pad electrode). That is, the source bonding pad is formed by the source wiring M1S exposed from the opening OP3 (opening OP3 for forming the source bonding pad in the opening OP3) formed in the insulating film IL3. The A gate bonding pad is formed by the gate wiring M1G exposed from the opening OP3 (opening OP3 for forming the gate bonding pad of the opening OP3) formed in the insulating film IL3. The
基板SUBの裏面(すなわち基板本体SBの裏面)全面に、ドレイン電極用の裏面電極(裏面ドレイン電極)BEが形成されている。この裏面電極BEは、例えば、基板SUBの裏面から順にチタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層の積層膜により、形成することができる。 A drain electrode back surface electrode (back surface drain electrode) BE is formed on the entire back surface of the substrate SUB (that is, the back surface of the substrate body SB). The back electrode BE can be formed by, for example, a laminated film of a titanium (Ti) layer, a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer in order from the back surface of the substrate SUB.
なお、基板SUBにおいて、エピタキシャル層EPが形成されている側とは反対側の主面を、基板SUBの裏面と称することとする。また、基板本体SBにおいて、エピタキシャル層EPが形成されている側とは反対側の主面を、基板本体SBの裏面と称することとする。このため、基板SUBの裏面と、基板本体SBの裏面とは、同じものである。 In the substrate SUB, the main surface opposite to the side on which the epitaxial layer EP is formed is referred to as the back surface of the substrate SUB. In the substrate body SB, the main surface opposite to the side on which the epitaxial layer EP is formed is referred to as the back surface of the substrate body SB. For this reason, the back surface of the substrate SUB and the back surface of the substrate body SB are the same.
このような構成の半導体装置においては、トランジスタセル領域CEに形成されたトレンチゲート型MISFETの動作電流は、ドレイン用のエピタキシャル層EPとソース用のn+型半導体領域NRとの間をゲート電極GEの側面(すなわち、溝TR1の側面)に沿って基板SUBの厚さ方向に流れるようになっている。すなわち、チャネルが基板SUBの厚さ方向に沿って形成される。p型半導体領域PRのうち、絶縁膜GI(ゲート絶縁膜)を介してゲート電極GEに隣接する領域、すなわち、n+型半導体領域NRとn−型のエピタキシャル層EPとの間で溝TR1に沿った領域が、チャネル形成領域(チャネル層)となる。 In the semiconductor device having such a configuration, the operating current of the trench gate type MISFET formed in the transistor cell region CE is generated between the drain epitaxial layer EP and the source n + type semiconductor region NR through the gate electrode GE. It flows in the thickness direction of the substrate SUB along the side surface (that is, the side surface of the trench TR1). That is, the channel is formed along the thickness direction of the substrate SUB. Of the p-type semiconductor region PR, the region adjacent to the gate electrode GE via the insulating film GI (gate insulating film), that is, the trench TR1 between the n + -type semiconductor region NR and the n − -type epitaxial layer EP. The region along the line becomes a channel formation region (channel layer).
このため、トランジスタセル領域CEに形成されたトレンチゲート型MISFETは、縦型のMISFET(縦型の電界効果トランジスタ)でもある。ここで、縦型のMISFETとは、ソース・ドレイン間の電流が、半導体基板(ここでは基板SUB)の厚さ方向(半導体基板の主面に略垂直な方向)に流れるMISFETに対応する。 For this reason, the trench gate type MISFET formed in the transistor cell region CE is also a vertical MISFET (vertical field effect transistor). Here, the vertical MISFET corresponds to a MISFET in which a current between the source and the drain flows in the thickness direction of the semiconductor substrate (here, the substrate SUB) (a direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate).
トレンチゲート型MISFETに電流を流すには、ゲート用のボンディングパッドから、ゲート用配線M1Gなどを介して、ゲート電極GEにVth(チャネルの反転電圧、しきい値電圧)以上の電圧を印加する。これにより、ソース用のボンディングパッドと、裏面電極BEとの間に、ソース用配線M1S、ソース領域(n型半導体領域NR)、チャネル層、エピタキシャル層EP(ドレイン領域)および基板本体SBを介して、電流を流すことができる。すなわち、ゲート電極GEとソース用配線M1Sとの間にゲート電極GEが高電位になるように所定電圧を印加することによって、絶縁膜GIを介してゲート電極GEと対向するp型半導体領域PRにチャネルが形成され、このチャネルを通してドレイン領域(エピタキシャル層EPおよび基板本体SB)とソース領域(n+型半導体領域NR)との間に電流が流れる。 In order to pass a current through the trench gate type MISFET, a voltage higher than V th (channel inversion voltage, threshold voltage) is applied from the gate bonding pad to the gate electrode GE via the gate wiring M1G and the like. . Thus, the source wiring M1S, the source region (n-type semiconductor region NR), the channel layer, the epitaxial layer EP (drain region), and the substrate body SB are interposed between the source bonding pad and the back electrode BE. , Current can flow. That is, by applying a predetermined voltage between the gate electrode GE and the source wiring M1S so that the gate electrode GE has a high potential, the p-type semiconductor region PR facing the gate electrode GE via the insulating film GI is applied. A channel is formed, and a current flows between the drain region (epitaxial layer EP and substrate body SB) and the source region (n + type semiconductor region NR) through the channel.
<半導体装置の製造工程について>
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程について、図8〜図61を参照して説明する。図8および図9は、本実施の半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。図10は、図8におけるステップS4の詳細な製造工程を示すプロセスフロー図である。図11は、図8におけるステップS5の詳細な製造工程を示すプロセスフロー図である。図12は、図8におけるステップS9の詳細な製造工程を示すプロセスフロー図である。図13〜図61は、半導体装置の製造工程中の要部断面図または要部平面図である。図13〜図61のうち、図17、図18、図34、図36、図39および図40は平面図であり、上記図2に相当する領域の平面図が示されている。図13〜図61のうち、図13〜図16、図19〜図33、図35、図37、図38および図41〜図61は、断面図である。なお、図13〜図16、図19、図21、図23〜図26、図29〜図33、図35、図37、図38、図41、図44、図47、図50、図53〜図56および図58〜図61は、上記図5に相当する断面(A−A線の断面)が示されている。また、図27、図42、図45、図48、図51および図57は、上記図7に相当する断面(B−B線の断面)が示されている。また、図20、図22、図28、図43、図46、図49および図52は、上記図6に相当する部分拡大断面図が示されている。
<About semiconductor device manufacturing process>
Next, the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9 are process flow diagrams showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 10 is a process flow diagram showing the detailed manufacturing process of step S4 in FIG. FIG. 11 is a process flow diagram showing the detailed manufacturing process of step S5 in FIG. FIG. 12 is a process flow diagram showing the detailed manufacturing process of step S9 in FIG. 13 to 61 are principal part cross-sectional views or principal part plan views during the manufacturing process of the semiconductor device. 13, FIG. 18, FIG. 34, FIG. 36, FIG. 39 and FIG. 40 are plan views, and a plan view of a region corresponding to FIG. 2 is shown. 13 to 61, FIGS. 19 to 33, 35, 37, 38, and 41 to 61 are cross-sectional views. 13 to 16, 19, 21, 23 to 26, 29 to 33, 35, 37, 38, 41, 44, 47, 50, 53 to 56 and 58 to 61 show a cross section (cross section taken along line AA) corresponding to FIG. 5 described above. 27, FIG. 42, FIG. 45, FIG. 48, FIG. 51, and FIG. 57 show cross sections (cross sections taken along line BB) corresponding to FIG. FIGS. 20, 22, 28, 43, 46, 49, and 52 are partially enlarged sectional views corresponding to FIG.
本実施の形態の半導体装置を製造するには、まず、図13に示されるように、半導体基板(以下、単に基板という)SUBを準備する(図8のステップS1)。 To manufacture the semiconductor device of the present embodiment, first, as shown in FIG. 13, a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) SUB is prepared (step S1 in FIG. 8).
基板(半導体基板、半導体ウエハ)SUBは、例えばヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn+型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)である基板本体SBの主面上に、例えばリン(P)などのn型不純物が導入されたn−型単結晶シリコンからなるエピタキシャル層EPをエピタキシャル成長させることにより、形成することができる。基板SUBは、いわゆるエピタキシャルウエハである。基板本体SBの不純物濃度(n型不純物濃度)は、エピタキシャル層EPの不純物濃度(n型不純物濃度)よりも高くなっており、基板本体SBの抵抗率(比抵抗)は、エピタキシャル層EPの抵抗率(比抵抗)よりも低い。 The substrate (semiconductor substrate, semiconductor wafer) SUB is on the main surface of the substrate body SB, which is a semiconductor substrate (semiconductor wafer) made of n + type single crystal silicon into which an n type impurity such as arsenic (As) is introduced. Further, for example, an epitaxial layer EP made of n − type single crystal silicon into which an n type impurity such as phosphorus (P) is introduced can be epitaxially grown. The substrate SUB is a so-called epitaxial wafer. The impurity concentration (n-type impurity concentration) of the substrate body SB is higher than the impurity concentration (n-type impurity concentration) of the epitaxial layer EP, and the resistivity (specific resistance) of the substrate body SB is the resistance of the epitaxial layer EP. Lower than the rate (specific resistance).
次に、基板SUBの主面に、溝(トレンチ)TRを形成する(図8のステップS2)。溝TRは、トレンチゲート(ゲート電極GE)形成用の溝(トレンチ、ゲートトレンチ、ゲート用トレンチ、ゲート電極用の溝)TR1と、ゲート引出用の溝(トレンチ、コンタクト用の溝)TR2とを含んでいる。すなわち、溝TR1は、ゲート電極を埋め込むための溝であり、溝TR2は、ゲートを直上(溝TR2の直上)に引き出して配線に接続するための溝である。溝TR2は、溝TR1に繋がっている。 Next, a trench (trench) TR is formed in the main surface of the substrate SUB (step S2 in FIG. 8). The trench TR includes a trench (trench, gate trench, gate trench, gate electrode trench) TR1 for forming a trench gate (gate electrode GE) and a gate lead-out trench (trench, contact trench) TR2. Contains. That is, the trench TR1 is a trench for embedding the gate electrode, and the trench TR2 is a trench for pulling out the gate directly above (directly above the trench TR2) and connecting it to the wiring. The groove TR2 is connected to the groove TR1.
具体的には、溝TR(TR1,TR2)は、例えば次のようにして形成することができる。 Specifically, the trench TR (TR1, TR2) can be formed as follows, for example.
まず、図14に示されるように、基板SUB上(基板SUBの主面全面上)に、絶縁膜IL1を形成する。絶縁膜IL1は、例えば、窒化シリコン膜SN1と窒化シリコン膜SN1上の酸化シリコン膜SO1との積層膜からなる。窒化シリコン膜SN1および酸化シリコン膜SO1は、それぞれ、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法により形成することができる。それから、絶縁膜IL1上にフォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジストパターン(レジストパターン、マスク層)RP1を形成する。このフォトレジストパターンRP1は、溝TR形成予定領域に開口部を有している。それから、フォトレジストパターンRP1をエッチングマスクとして用いて酸化シリコン膜SO1をエッチング(例えばドライエッチング)することで、溝TR形成予定領域の酸化シリコン膜SO1を選択的に除去する。それから、フォトレジストパターンRP1を除去する。酸化シリコン膜SO1は、溝TR形成予定領域に開口部を有した状態となっているため、この酸化シリコン膜SO1をエッチングマスク(ハードマスク)として用いて、窒化シリコン膜SN1およびエピタキシャル層EPをエッチング(例えばドライエッチング)することにより、図15に示されるように、エピタキシャル層EPに溝TR(TR1,TR2)を形成する。その後、図16に示されるように、絶縁膜IL1(酸化シリコン膜SO1および窒化シリコン膜SN1)を、エッチング(例えばウェットエッチング)などにより除去する。このようにして、溝TR(TR1,TR2)を形成することができる。 First, as shown in FIG. 14, the insulating film IL1 is formed over the substrate SUB (on the entire main surface of the substrate SUB). The insulating film IL1 is made of, for example, a stacked film of a silicon nitride film SN1 and a silicon oxide film SO1 over the silicon nitride film SN1. Each of the silicon nitride film SN1 and the silicon oxide film SO1 can be formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Then, a photoresist pattern (resist pattern, mask layer) RP1 is formed on the insulating film IL1 using a photolithography technique. The photoresist pattern RP1 has an opening in the region where the trench TR is to be formed. Then, the silicon oxide film SO1 is etched (for example, dry etching) using the photoresist pattern RP1 as an etching mask, thereby selectively removing the silicon oxide film SO1 in the region where the trench TR is to be formed. Then, the photoresist pattern RP1 is removed. Since the silicon oxide film SO1 has an opening in the region where the trench TR is to be formed, the silicon nitride film SN1 and the epitaxial layer EP are etched using the silicon oxide film SO1 as an etching mask (hard mask). By performing (for example, dry etching), as shown in FIG. 15, trenches TR (TR1, TR2) are formed in the epitaxial layer EP. Thereafter, as shown in FIG. 16, the insulating film IL1 (silicon oxide film SO1 and silicon nitride film SN1) is removed by etching (for example, wet etching) or the like. In this way, the trench TR (TR1, TR2) can be formed.
また、他の形態として、基板SUB上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成したフォトレジストパターン(フォトレジストパターンRP1と同様のフォトレジストパターン)をエッチングマスクとして用いて、エピタキシャル層EPをエッチング(例えばドライエッチング)することにより、溝TR(TR1,TR2)を形成することもできる。 As another form, the epitaxial layer EP is etched (for example, dry etching) using a photoresist pattern (a photoresist pattern similar to the photoresist pattern RP1) formed on the substrate SUB by using a photolithography technique as an etching mask. ), The trench TR (TR1, TR2) can also be formed.
図17および図18は、図16と同じ工程段階の半導体装置の要部平面図であり、上記図2と同じ平面領域が示されている。なお、図17および図18は、同じ領域の平面図であるが、溝TR形成領域を理解しやすくするために、図17では、溝TR(すなわち溝TR1および溝TR2)が形成されている領域に斜線のハッチングを付し、図18では、溝TR2が形成されている領域にドットのハッチングを付してある。図18により、溝TR2のレイアウトを容易に理解することができ、また、図17と図18とを比べることで、溝TR1のレイアウトを容易に理解することができる。また、図16は、図17のA−A線の断面図に対応している。 17 and 18 are main part plan views of the semiconductor device in the same process stage as FIG. 16, and the same plane area as that of FIG. 2 is shown. FIGS. 17 and 18 are plan views of the same region. In order to facilitate understanding of the trench TR formation region, FIG. 17 shows a region where the trench TR (that is, the trench TR1 and the trench TR2) is formed. In FIG. 18, the hatched area of the trench TR2 is hatched. 18, the layout of the trench TR2 can be easily understood, and the layout of the trench TR1 can be easily understood by comparing FIG. 17 with FIG. FIG. 16 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
溝TR1は、エピタキシャル層EPの表層部を、島状に千鳥配列に分断するように形成されている。別の言い方をすると、溝TR1は、エピタキシャル層EPの表面に、網目状に形成されている(各網目部が千鳥配列となっている)。なお、他の形態として、溝TR1を格子状に形成することもでき、あるいは、溝TR1をストライプ状に形成することもできる。 The trench TR1 is formed so as to divide the surface layer portion of the epitaxial layer EP into an island shape in a staggered arrangement. In other words, the trench TR1 is formed in a mesh shape on the surface of the epitaxial layer EP (each mesh portion has a staggered arrangement). As another form, the trench TR1 can be formed in a lattice shape, or the trench TR1 can be formed in a stripe shape.
上記図2、図17および図18からも分かるように、溝TR1は、上記トランジスタセル領域CE全体に網目状(または格子状あるいはストライプ状)に形成され、溝TR2は、上記トランジスタセル領域CEの外周を囲むように延在しており、溝TR2は、溝TR1に繋がっている。すなわち、溝TR1は、トランジスタセル領域CE内からトランジスタセル領域CEの外にまで延長して、溝TR2に繋がっており、つまり、トランジスタセル領域CEの外で、溝TR1の終端が溝TR2に繋がっている。 As can be seen from FIG. 2, FIG. 17, and FIG. 18, the trench TR1 is formed in a mesh shape (or lattice shape or stripe shape) in the entire transistor cell region CE, and the trench TR2 is formed in the transistor cell region CE. It extends so as to surround the outer periphery, and the trench TR2 is connected to the trench TR1. That is, the trench TR1 extends from the transistor cell region CE to the outside of the transistor cell region CE and is connected to the trench TR2, that is, the end of the trench TR1 is connected to the trench TR2 outside the transistor cell region CE. ing.
トレンチゲート用の溝TR1とゲート引出用の溝TR2とは、同じ工程(同じエッチング工程)によって形成されている。このため、トレンチゲート用の溝TR1の深さとゲート引出用の溝TR2の深さとは、ほぼ同じである。溝TR(TR1,TR2)の深さは、例えば0.6μm〜6μm程度とすることができ、1.0μm程度を例示することができる。 The trench gate trench TR1 and the gate lead trench TR2 are formed by the same process (the same etching process). For this reason, the depth of the trench gate trench TR1 and the depth of the gate lead trench TR2 are substantially the same. The depth of the trench TR (TR1, TR2) can be, for example, about 0.6 μm to 6 μm, and can be exemplified by about 1.0 μm.
トレンチゲート用の溝TR1の深さは、後で形成するp型半導体領域PRの底部(接合面)よりも深く、かつエピタキシャル層EPの底部(すなわちエピタキシャル層EPと基板本体SBとの界面)よりは浅くなる寸法である。つまり、溝TRはエピタキシャル層EPを貫通しておらず、溝TRの下にエピタキシャル層EPが残存している。 The depth of trench TR1 for trench gate is deeper than the bottom (junction surface) of p-type semiconductor region PR to be formed later, and from the bottom of epitaxial layer EP (that is, the interface between epitaxial layer EP and substrate body SB). Is a shallower dimension. That is, the trench TR does not penetrate the epitaxial layer EP, and the epitaxial layer EP remains under the trench TR.
ゲート引出用の溝TR2の幅W2は、トレンチゲート用の溝TR1の幅W1以上となっている(すなわちW2≧W1)。ここで、溝TR2の幅W2は、基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR2の延在方向に垂直な方向の幅(寸法)に対応している。また、溝TR1の幅W1は、基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR1の延在方向に垂直な方向の幅(寸法)に対応している。 The width W2 of the gate lead trench TR2 is equal to or greater than the width W1 of the trench gate trench TR1 (that is, W2 ≧ W1). Here, the width W2 of the trench TR2 corresponds to a width (dimension) in a direction parallel to the main surface of the substrate SUB (and hence the main surface of the epitaxial layer EP) and perpendicular to the extending direction of the trench TR2. Further, the width W1 of the trench TR1 corresponds to the width (dimension) in the direction parallel to the main surface of the substrate SUB (and hence the main surface of the epitaxial layer EP) and perpendicular to the extending direction of the trench TR1.
ゲート引出用の溝TR2の幅W2は、トレンチゲート用の溝TR1の幅W1以上(すなわちW2≧W1)であるが、ゲート引出用の溝TR2の幅W2が、トレンチゲート用の溝TR1の幅W1の1〜2倍(すなわちW1≦W2≦W1×2)程度であれば、幅W2と幅W1との比として好適である。一例をあげれば、トレンチゲート用の溝TR1の幅W1を0.5μm程度とし、ゲート引出用の溝TR2の幅W2を1.0μm程度とすることができる。 The width W2 of the gate lead trench TR2 is equal to or greater than the width W1 of the trench gate trench TR1 (that is, W2 ≧ W1), but the width W2 of the gate lead trench TR2 is equal to the width of the trench gate trench TR1. If it is about 1 to 2 times W1 (that is, W1 ≦ W2 ≦ W1 × 2), the ratio of the width W2 to the width W1 is suitable. For example, the width W1 of the trench gate trench TR1 can be about 0.5 μm, and the width W2 of the gate lead trench TR2 can be about 1.0 μm.
また、溝TR1の幅W1を大きくし過ぎると、半導体装置の小型化(小面積化)に不利となり、また、溝TR2の幅W2を小さくし過ぎると、溝TR2上にコンタクトホールCT2を形成しづらくなる。このため、溝TR1の幅W1をある程度抑制しながら、コンタクトホールCTを形成できるだけの溝TR2の幅W2を確保するという観点で、溝TR2の幅W2は溝TR1の幅W1よりも大きい(すなわちW2>W1)ことが、より好ましい。このため、溝TR2の幅W2は、溝TR1の幅W1の1倍よりも大きくかつ2倍以下(すなわちW1<W2≦W1×2)であれば、より好ましい。 Further, if the width W1 of the trench TR1 is excessively increased, it is disadvantageous for downsizing (reducing the area) of the semiconductor device. If the width W2 of the trench TR2 is excessively decreased, the contact hole CT2 is formed on the trench TR2. It becomes difficult. Therefore, the width W2 of the trench TR2 is larger than the width W1 of the trench TR1 (that is, W2) from the viewpoint of securing the width W2 of the trench TR2 that can form the contact hole CT while suppressing the width W1 of the trench TR1 to some extent. > W1) is more preferable. For this reason, it is more preferable that the width W2 of the trench TR2 is greater than 1 time and less than or equal to 2 times the width W1 of the trench TR1 (that is, W1 <W2 ≦ W1 × 2).
また、後述する検討例(図63〜図69)の場合は、後述の溝TR202の幅を小さくするほど、コンタクトホールCT202形成時に溝TR202の内面の絶縁膜GI201が露出してエッチングダメージを受ける可能性が高まる。しかしながら、本実施の形態では、詳細は後述するが、コンタクトホールCT2形成時に材料膜MTをエッチングストッパとして機能させることにより、コンタクトホールCT2を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出するのを防止できる。このため、本実施の形態では、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出するのを防止しながら、溝TR2の幅W2を小さくすることができ、溝TR2の幅W2を、溝TR1の幅W1の2倍以下(すなわちW2≦W1×2)にすることも可能である。 Further, in the case of the examination examples described later (FIGS. 63 to 69), the smaller the width of the trench TR202 described later, the more the insulating film GI201 on the inner surface of the trench TR202 is exposed and etching damage may occur when the contact hole CT202 is formed. Increases nature. However, in the present embodiment, as will be described in detail later, the material film MT functions as an etching stopper when forming the contact hole CT2, so that the contact hole CT2 is formed on the inner surface of the trench TR2 in the etching process for forming the contact hole CT2. The insulating film GI can be prevented from being exposed. Therefore, in the present embodiment, the width W2 of the trench TR2 can be reduced while preventing the insulating film GI on the inner surface of the trench TR2 from being exposed from the contact hole CT2, and the width W2 of the trench TR2 is reduced to the trench TR2. It is also possible to make it less than twice the width W1 of TR1 (that is, W2 ≦ W1 × 2).
また、溝TRの埋め込み性(後で形成する積層膜LMによる溝TRの埋め込み性)を良くするために、溝TRの側面(側壁)がテーパ(傾斜)を有するように、溝TRを形成することが好ましい。すなわち、深さが深くなるにしたがって溝TRの開口が小さくなるように(換言すれば、浅くなるにしたがって溝TRの開口が大きくなるように)、溝TRの側面(側壁)が傾斜していることが好ましい。このため、基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)と、溝TRの側面とのなす角度(テーパの角度)αは、90°よりも小さい(すなわちα<90°、つまりαは鋭角である)ことが好ましい。この角度αは、90°未満が好ましいが、83〜87°が特に好ましく、例えば85°程度とすることができる。また、溝TR1と溝TR2とは同工程で形成するため、溝TR1と溝TR2とで、側面(側壁)のテーパ(傾斜)の角度αは、ほぼ同じである。 Further, in order to improve the embedding property of the trench TR (the embedding property of the trench TR by the laminated film LM to be formed later), the trench TR is formed so that the side surface (side wall) of the trench TR has a taper (inclination). It is preferable. That is, the side surface (side wall) of the trench TR is inclined so that the opening of the trench TR becomes smaller as the depth becomes deeper (in other words, the opening of the trench TR becomes larger as the depth becomes shallower). It is preferable. Therefore, the angle (taper angle) α formed between the main surface of the substrate SUB (that is, the main surface of the epitaxial layer EP) and the side surface of the trench TR is smaller than 90 ° (that is, α <90 °, that is, α is An acute angle). The angle α is preferably less than 90 °, but is particularly preferably 83 to 87 °, and can be about 85 °, for example. Further, since the trench TR1 and the trench TR2 are formed in the same process, the taper (inclination) angle α of the side surface (side wall) is substantially the same in the trench TR1 and the trench TR2.
溝TR(TR1,TR2)の側面にテーパを設けることで、後で積層膜LMを形成する際に、溝TR(TR1,TR2)に対する積層膜LMの埋め込み性を向上させることができる。更に、溝TR2の側面がテーパを有し、このテーパを有する溝TR2にコンタクトホールCT2を形成することで、溝TR2内の部分のコンタクトホールCT2にもテーパが形成されるため、コンタクトホールCT2に対するプラグPG2用の導電膜(主導体膜MC1)の埋め込み性も向上させることができる。 By providing a taper on the side surface of the trench TR (TR1, TR2), the embedding property of the laminated film LM in the trench TR (TR1, TR2) can be improved when the laminated film LM is formed later. Furthermore, since the side surface of the trench TR2 has a taper, and the contact hole CT2 is formed in the groove TR2 having this taper, the contact hole CT2 in the portion in the trench TR2 is also tapered. The embedding property of the conductive film (main conductor film MC1) for the plug PG2 can also be improved.
溝TRの側面(側壁)にテーパを設ける手法としては、例えば、炭素を含む反応ガス(例えばCBrF3)を用いてエッチングする方法を用いることができる(このエッチング法でエピタキシャル層EPをエッチングして溝TRを形成する)。この方法では、炭素がプラズマ中で有機物(有機物の堆積物)を合成してこれが溝(TR)の側面に堆積してエッチングマスクの役目をし、エッチングの進行に伴って溝(TR)の側面にテーパ(傾斜)が形成されていく。炭素が多いとテーパ(傾斜)が大きくなる。なお、溝TRの側面(側壁)にテーパ(傾斜)を設ける手法は、特にこれに限定されず、種々選択可能である。例えば、エッチングマスクを用いてエピタキシャル層EPに溝TRを開口した後、そのエッチングマスクにおいて溝TRの開口の周縁部付近を後退させるように等方性エッチングを行い、その後、そのエッチングマスクを用いてCDE(Chemical Dry Etching)によりエピタキシャル層EPをエッチングする方法で、溝TRの側面(側壁)にテーパ(傾斜)を形成してもよい。 As a method for providing a taper on the side surface (side wall) of the trench TR, for example, a method of etching using a reactive gas containing carbon (for example, CBrF 3 ) can be used (the epitaxial layer EP is etched by this etching method). Groove TR is formed). In this method, carbon synthesizes organic matter (organic matter deposit) in plasma and deposits on the side surface of the trench (TR) to act as an etching mask. As the etching progresses, the side surface of the trench (TR) is obtained. A taper (inclination) is formed. When there is much carbon, taper (inclination) will become large. The method of providing a taper (inclination) on the side surface (side wall) of the trench TR is not particularly limited to this, and various methods can be selected. For example, after the trench TR is opened in the epitaxial layer EP using the etching mask, isotropic etching is performed so as to recede the vicinity of the peripheral edge of the opening of the trench TR in the etching mask, and then the etching mask is used. A taper (inclination) may be formed on the side surface (side wall) of the trench TR by a method of etching the epitaxial layer EP by CDE (Chemical Dry Etching).
また、溝TRの形成後で絶縁膜IL1の除去前に、酸素雰囲気中の熱処理(例えば約1100℃の熱処理)により溝TRの内面(側面および底面)に犠牲酸化膜(図示せず)を形成(成長)してからその犠牲酸化膜を除去(例えばウェットエッチングにより除去)する工程を行えば、より好ましい。これにより、溝TR形成時のエッチングダメージを除去することができ、また、溝TRの開口部の角部と溝TRの底部の角部とを丸めることができる。 Further, after the formation of the trench TR and before the removal of the insulating film IL1, a sacrificial oxide film (not shown) is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR by heat treatment in an oxygen atmosphere (for example, heat treatment at about 1100 ° C.). It is more preferable to perform a step of removing the sacrificial oxide film after the growth (for example, removal by wet etching). Thereby, etching damage at the time of forming the trench TR can be removed, and the corner of the opening of the trench TR and the corner of the bottom of the trench TR can be rounded.
次に(すなわち溝TR形成後でかつ上記絶縁膜IL1の除去後に)、図19および図20に示されるように、例えば熱酸化法などを用いて、溝TR(TR1,TR2)の内面(側面および底面)上などに比較的薄い酸化シリコン膜などからなる絶縁膜GIを形成する(図8のステップS3)。この絶縁膜GIは、ゲート絶縁膜用の絶縁膜である。溝TR1の内面(側面および底面)に形成された絶縁膜GIは、後でトレンチゲート型MISFETのゲート絶縁膜となる。 Next (that is, after the formation of the trench TR and after the removal of the insulating film IL1), as shown in FIGS. 19 and 20, the inner surface (side surface) of the trench TR (TR1, TR2), for example, using a thermal oxidation method or the like. An insulating film GI made of a relatively thin silicon oxide film or the like is formed on the upper surface and the bottom (step S3 in FIG. 8). This insulating film GI is an insulating film for a gate insulating film. The insulating film GI formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR1 will later become the gate insulating film of the trench gate type MISFET.
ステップS3において、絶縁膜GIは、溝TR(TR1,TR2)の内面(側面および底面)と、エピタキシャル層EPの露出する上面とに形成される。このため、ステップS3で絶縁膜GIを形成すると、溝TR(TR1,TR2)の内面(側面および底面)は、絶縁膜GIで被覆されることになる。絶縁膜GIの厚みは、例えば30nm程度とすることができる。 In step S3, the insulating film GI is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR (TR1, TR2) and the upper surface where the epitaxial layer EP is exposed. For this reason, when the insulating film GI is formed in step S3, the inner surfaces (side surfaces and bottom surface) of the trench TR (TR1, TR2) are covered with the insulating film GI. The thickness of the insulating film GI can be about 30 nm, for example.
次に、図21および図22に示されるように、基板SUBの主面(主面全面)上に、溝TR(TR1,TR2)内を埋めるように、積層膜LMを形成する(図8のステップS4)。 Next, as shown in FIGS. 21 and 22, a laminated film LM is formed on the main surface (entire main surface) of the substrate SUB so as to fill the trench TR (TR1, TR2) (FIG. 8). Step S4).
積層膜LMは、導電膜(導体膜)CD1と、材料膜MTと、導電膜(導体膜)CD2との積層膜である。積層膜LMにおいて、最下層は導電膜CD1であり、最上層は導電膜CD2であり、材料膜MTは、導電膜CD1と導電膜CD2との間に介在している。すなわち、積層膜LMは、導電膜CD1と、導電膜CD1上の材料膜MTと、材料膜MT上の導電膜CD2とを有している。 The laminated film LM is a laminated film of a conductive film (conductor film) CD1, a material film MT, and a conductive film (conductor film) CD2. In the laminated film LM, the lowermost layer is the conductive film CD1, the uppermost layer is the conductive film CD2, and the material film MT is interposed between the conductive film CD1 and the conductive film CD2. That is, the stacked film LM includes the conductive film CD1, the material film MT on the conductive film CD1, and the conductive film CD2 on the material film MT.
ステップS4の積層膜LM形成工程は、図10に示されるステップS4a,S4b,S4cのサブステップを有している。すなわち、ステップS3までを行って上記図19の構造を得た後、まず、図23に示されるように、基板SUBの主面(主面全面)上に、導電膜(導体膜)CD1を形成する(図10のステップS4a)。それから、図24に示されるように、基板SUBの主面(主面全面)上に、すなわち導電膜CD1上に、材料膜MTを形成する(図10のステップS4b)。それから、図25に示されるように、基板SUBの主面(主面全面)上に、すなわち材料膜MT上に、導電膜(導体膜)CD2を形成する(図10のステップS4c)。これらステップS4a,S4b,S4cにより、導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2とからなる積層膜LMが形成される。ステップS4cの導電膜CD2形成工程を行った図25の段階が、上記図21の段階に対応している。すなわち、図25の構造は、図21の構造と同じである。 The step S4 of forming the laminated film LM includes sub-steps S4a, S4b, and S4c shown in FIG. That is, after performing the process up to step S3 to obtain the structure of FIG. 19, first, as shown in FIG. 23, the conductive film (conductor film) CD1 is formed on the main surface (main surface) of the substrate SUB. (Step S4a in FIG. 10). Then, as shown in FIG. 24, a material film MT is formed on the main surface (entire main surface) of the substrate SUB, that is, on the conductive film CD1 (step S4b in FIG. 10). Then, as shown in FIG. 25, a conductive film (conductor film) CD2 is formed on the main surface (entire main surface) of the substrate SUB, that is, on the material film MT (step S4c in FIG. 10). By these steps S4a, S4b, and S4c, a laminated film LM composed of the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2 is formed. The stage of FIG. 25 in which the conductive film CD2 forming step of step S4c is performed corresponds to the stage of FIG. That is, the structure of FIG. 25 is the same as the structure of FIG.
導電膜CD1および導電膜CD2は、好ましくは、同材料により形成されている。導電膜CD1および導電膜CD2は、より好ましくは、いずれも、ポリシリコン膜(多結晶シリコン膜)のようなシリコン膜であり、不純物(例えばn型不純物)が導入されて低抵抗率とされている。従って、導電膜CD1および導電膜CD2は、いずれもドープトポリシリコン膜であることが、特に好ましい。導電膜CD1,CD2中への不純物(例えばリン)の導入は、導電膜CD1,CD2の成膜時に成膜ガス中にドーピングガスを添加することにより行うことが好ましい。 The conductive film CD1 and the conductive film CD2 are preferably formed of the same material. More preferably, each of the conductive film CD1 and the conductive film CD2 is a silicon film such as a polysilicon film (polycrystalline silicon film), and an impurity (for example, an n-type impurity) is introduced to have a low resistivity. Yes. Therefore, it is particularly preferable that both the conductive film CD1 and the conductive film CD2 are doped polysilicon films. The introduction of impurities (for example, phosphorus) into the conductive films CD1 and CD2 is preferably performed by adding a doping gas to the deposition gas when forming the conductive films CD1 and CD2.
材料膜MTは、導電膜CD1,CD2とは異なる材料からなる膜である。すなわち、材料膜MTは、導電膜CD1とは異なる材料からなり、かつ、材料膜MTは、導電膜CD2とは異なる材料からなる。材料膜MTは、導電膜CD1,CD2に対するエッチング選択比が確保できるような材料により形成することが好ましい。導電膜CD1と導電膜CD2とが、いずれもシリコン膜(ポリシリコン膜)である場合は、材料膜MTは、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜が好ましく、特に好ましいのは酸化シリコン膜である。 The material film MT is a film made of a material different from those of the conductive films CD1 and CD2. That is, the material film MT is made of a material different from that of the conductive film CD1, and the material film MT is made of a material different from that of the conductive film CD2. The material film MT is preferably formed of a material that can ensure an etching selectivity with respect to the conductive films CD1 and CD2. When the conductive film CD1 and the conductive film CD2 are both silicon films (polysilicon films), the material film MT is preferably a silicon oxide film or a silicon nitride film, and particularly preferably a silicon oxide film.
ステップS4aで導電膜CD1を形成するが(図23参照)、このステップS4aでは、溝TRが形成されている基板SUBの主面に導電膜CD1を形成するため、エピタキシャル層EPの上面上だけでなく、溝TRの側壁上および底部上にも、導電膜CD1が形成される。但し、ステップS4aの前にステップS3で絶縁膜GIを形成しているため、導電膜CD1とエピタキシャル層EPとの間には、絶縁膜GIが介在する。すなわち、ステップS4aでは、エピタキシャル層EPの上面上と、溝TRの内面(側面および底面)上とに、絶縁膜GIを介して導電膜CD1が形成される。 In step S4a, the conductive film CD1 is formed (see FIG. 23). In this step S4a, the conductive film CD1 is formed on the main surface of the substrate SUB in which the trench TR is formed, and therefore only on the upper surface of the epitaxial layer EP. In addition, the conductive film CD1 is also formed on the sidewall and the bottom of the trench TR. However, since the insulating film GI is formed in step S3 before step S4a, the insulating film GI is interposed between the conductive film CD1 and the epitaxial layer EP. That is, in step S4a, the conductive film CD1 is formed on the upper surface of the epitaxial layer EP and the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR via the insulating film GI.
ステップS4aにおいて、導電膜CD1を形成するが、ゲート引出用の溝TR2は、導電膜CD1で完全には埋め込まれない。すなわち、ステップS4aにおいて、ゲート引出用の溝TR2が導電膜CD1で完全には埋め込まれないように、導電膜CD1の厚み(堆積膜厚)T1と溝TR2の幅W2とが設定されている。ここで、ゲート絶縁膜GIを溝TR2内に形成後の溝TR2の側面でのゲート絶縁膜GIの厚さをTgとし、溝TR2内にゲート絶縁膜GIを形成後の溝TR2の開口部の幅(開口幅)をW2gとする。このとき、W2g=W2−Tg×2となる。この定義を用いると、導電膜CD1の厚み(堆積膜厚)T1を、溝TR2の幅W2gの半分よりも小さくする(すなわちT1<W2g×1/2)。 In step S4a, the conductive film CD1 is formed, but the gate lead trench TR2 is not completely filled with the conductive film CD1. That is, in step S4a, the thickness (deposited film thickness) T1 of the conductive film CD1 and the width W2 of the trench TR2 are set so that the trench TR2 for extracting the gate is not completely filled with the conductive film CD1. Here, the thickness of the gate insulating film GI on the side surface of the trench TR2 after the gate insulating film GI is formed in the trench TR2 is Tg, and the opening of the trench TR2 after the gate insulating film GI is formed in the trench TR2. The width (opening width) is W2g. At this time, W2g = W2-Tg × 2. Using this definition, the thickness (deposited film thickness) T1 of the conductive film CD1 is made smaller than half of the width W2g of the trench TR2 (that is, T1 <W2g × 1/2).
ステップS4aにおいて、導電膜CD1の厚みT1が、溝TR2の幅W2gの半分よりも小さくなるようにすることで、導電膜CD1は、溝TR2の形状を反映してコンフォーマルに(溝TR2に対してコンフォーマルに)形成され、溝TR2の内面(側面および底面)上に導電膜CD1が絶縁膜GIを介して形成されるが、溝TR2は導電膜CD1で完全には埋まらなくなる。 In step S4a, by making the thickness T1 of the conductive film CD1 smaller than half of the width W2g of the trench TR2, the conductive film CD1 conforms to the shape of the trench TR2 (with respect to the trench TR2). The conductive film CD1 is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 via the insulating film GI, but the trench TR2 is not completely filled with the conductive film CD1.
つまり、図23に示されるように、溝TR2の底面上と側面SW1,SW2上とにほぼ厚みT1の導電膜CD1が形成されるが、T1<W2g×1/2とすることにより、溝TR2の幅方向において、溝TR2の一方の側面SW1上に形成された導電膜CD1の表面と、溝TR2の他方の側面SW2上に形成された導電膜CD1の表面とが、くっつかなくなる(接触しなくなる)。これにより、溝TR2は導電膜CD1で完全には埋まらなくなる。ここで、溝TR2の側面SW1と側面SW2とは、互いに対向する側面である。また、溝TR2の幅方向とは、幅W2の測定方向のことであり、基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR2の延在方向に垂直な方向に対応している。 That is, as shown in FIG. 23, the conductive film CD1 having a thickness of T1 is formed on the bottom surface and the side surfaces SW1 and SW2 of the trench TR2. However, by setting T1 <W2g × 1/2, the trench TR2 is formed. In the width direction, the surface of the conductive film CD1 formed on one side surface SW1 of the trench TR2 and the surface of the conductive film CD1 formed on the other side surface SW2 of the trench TR2 do not stick (no contact). ). As a result, the trench TR2 is not completely filled with the conductive film CD1. Here, the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2 are side surfaces facing each other. The width direction of the trench TR2 is a measurement direction of the width W2, and corresponds to a direction parallel to the main surface of the substrate SUB (and hence the main surface of the epitaxial layer EP) and perpendicular to the extending direction of the trench TR2. doing.
また、導電膜CD1は、溝TR2に対してコンフォーマルに形成されるため、溝TR2の内面(側面および底面)に、ほぼ一様(均一)の厚みで堆積する。溝TR2の内面(側面および底面)にほぼ一様の厚みで導電膜CD1が形成されるため、ステップS4aで導電膜CD1を形成すると、溝TR2の側面上に形成されている部分の導電膜CD1の表面は、その溝TR2の側面とほぼ平行となる。このため、溝TR2の側面がテーパを有し、そのテーパの角度がαの場合は、溝TR2の側面上に形成されている部分の導電膜CD1の表面も、基板SUBの主面(すなわちエピタキシャル層EPの主面)に対して傾斜し、その傾斜角は、上記α(溝TR2の側面のテーパの角度)とほぼ同じになる。 Further, since the conductive film CD1 is formed conformally with respect to the trench TR2, it is deposited on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 with a substantially uniform (uniform) thickness. Since the conductive film CD1 is formed with a substantially uniform thickness on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2, when the conductive film CD1 is formed in step S4a, the portion of the conductive film CD1 formed on the side surface of the trench TR2 is formed. Is substantially parallel to the side surface of the trench TR2. Therefore, when the side surface of the trench TR2 has a taper and the taper angle is α, the surface of the conductive film CD1 formed on the side surface of the trench TR2 is also the main surface of the substrate SUB (that is, the epitaxial surface). It is inclined with respect to the main surface of the layer EP, and the inclination angle is substantially the same as α (the taper angle of the side surface of the trench TR2).
ステップS4aで導電膜CD1を形成すると、溝TR2内に(すなわち溝TR2の側面SW1と側面SW2との間に)、導電膜CD1が形成されていない部分である窪み部(凹部、溝部)RS1が存在することになる。すなわち、溝TR2の側面SW1に隣接する領域と溝TR2の側面SW2に隣接する領域と溝TR2の底面に隣接する領域とに導電膜CD1(ほぼ厚みT1の導電膜CD1)が形成されているが、溝TR2の側面SW1と側面SW2との間の中央部には、導電膜CD1が形成されていない。 When the conductive film CD1 is formed in step S4a, a recess (recess, groove) RS1 that is a portion where the conductive film CD1 is not formed is formed in the trench TR2 (that is, between the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2). Will exist. That is, the conductive film CD1 (the conductive film CD1 having a thickness of T1) is formed in the region adjacent to the side surface SW1 of the trench TR2, the region adjacent to the side surface SW2 of the trench TR2, and the region adjacent to the bottom surface of the trench TR2. The conductive film CD1 is not formed in the central portion between the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2.
このように、導電膜CD1の厚みT1は、溝TR2を埋め込むには不足しているため、ステップS4aを行った段階では、溝TR2内は、まだ完全には埋め込まれていない。 As described above, since the thickness T1 of the conductive film CD1 is insufficient to fill the trench TR2, the trench TR2 is not completely buried at the stage where step S4a is performed.
ステップS4aで溝TR2が導電膜CD1で完全には埋め込まれないため、ステップS4bで材料膜MTを形成すると、材料膜MTは、エピタキシャル層EPの上面上の導電膜CD1の上部だけでなく、溝TRの内面(側面および底面)上の導電膜CD1の上部にも形成されることになる。 Since the trench TR2 is not completely filled with the conductive film CD1 in step S4a, when the material film MT is formed in step S4b, the material film MT is not only the upper portion of the conductive film CD1 on the upper surface of the epitaxial layer EP but also the trench. It is also formed on the conductive film CD1 on the inner surface (side surface and bottom surface) of TR.
ステップS4bにおいて、材料膜MTを形成するが、ゲート引出用の溝TR2は、導電膜CD1および材料膜MTで完全には埋め込まれない。すなわち、ステップS4a,S4bにおいて、ゲート引出用の溝TR2が導電膜CD1および材料膜MTで完全には埋め込まれないように、導電膜CD1と材料膜MTとの合計の厚み(堆積膜厚)T2と溝TR2の幅W2とを設定する。 In step S4b, the material film MT is formed, but the trench TR2 for extracting the gate is not completely filled with the conductive film CD1 and the material film MT. That is, in steps S4a and S4b, the total thickness (deposited film thickness) T2 of the conductive film CD1 and the material film MT so that the gate lead trench TR2 is not completely filled with the conductive film CD1 and the material film MT. And the width W2 of the trench TR2.
具体的には、導電膜CD1と材料膜MTの合計の厚みT2を、溝TR2の幅W2g(ここでW2g=W2−Tg×2)の半分よりも小さくしている(すなわちT2<W2g×1/2)。こうすることで、導電膜CD1および材料膜MTは、溝TR2の形状を反映してコンフォーマルに(溝TR2に対してコンフォーマルに)形成され、溝TR2の内面(側面および底面)上に導電膜CD1および材料膜MTの積層膜が絶縁膜GIを介して形成されるが、溝TR2は導電膜CD1および材料膜MTの積層膜LM1で完全には埋まらなくなる。ここで、導電膜CD1と材料膜MTとの積層膜を、積層膜LM1と称することとする。また、導電膜CD1と材料膜MTの合計の厚みT2は、導電膜CD1の上記厚みT1に材料膜MTの厚み(堆積厚み)を足したものである。 Specifically, the total thickness T2 of the conductive film CD1 and the material film MT is made smaller than half of the width W2g of the trench TR2 (W2g = W2-Tg × 2 here) (that is, T2 <W2g × 1). / 2). In this way, the conductive film CD1 and the material film MT are formed conformally (conformally with respect to the trench TR2) reflecting the shape of the trench TR2, and conductive on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2. Although the stacked film of the film CD1 and the material film MT is formed through the insulating film GI, the trench TR2 is not completely filled with the stacked film LM1 of the conductive film CD1 and the material film MT. Here, the laminated film of the conductive film CD1 and the material film MT is referred to as a laminated film LM1. The total thickness T2 of the conductive film CD1 and the material film MT is obtained by adding the thickness (deposition thickness) of the material film MT to the thickness T1 of the conductive film CD1.
つまり、図24に示されるように、溝TR2の底面上と側面SW1,SW2上とにほぼT2の厚みを有する積層膜LM1が形成されるが、T2<W2g×1/2とすることにより、溝TR2の幅方向において、溝TR2の一方の側面SW1上に形成された積層膜LM1の表面と、溝TR2の他方の側面SW2上に形成された積層膜LM1の表面とが、くっつかなくなる(接触しなくなる)。このため、溝TR2は積層膜LM1で完全には埋まらなくなる。 That is, as shown in FIG. 24, the laminated film LM1 having a thickness of approximately T2 is formed on the bottom surface of the trench TR2 and on the side surfaces SW1 and SW2, but by setting T2 <W2g × 1/2, In the width direction of the trench TR2, the surface of the laminated film LM1 formed on one side surface SW1 of the trench TR2 and the surface of the laminated film LM1 formed on the other side surface SW2 of the trench TR2 do not stick (contact). No longer). For this reason, the trench TR2 is not completely filled with the laminated film LM1.
ステップS4a,S4bで導電膜CD1および材料膜MTを形成すると、溝TR2内に(すなわち溝TR2の側面SW1と側面SW2との間に)、導電膜CD1および材料膜MTが形成されていない部分である窪み部(凹部、溝部)RS2が存在することになる。すなわち、溝TR2の側面SW1に隣接する領域と溝TR2の側面SW2に隣接する領域と溝TR2の底面に隣接する領域とに積層膜LM1(ほぼT2の厚みの積層膜LM1)が形成されているが、溝TR2の側面SW1と側面SW2との間の中央部には、導電膜CD1および材料膜MTが形成されていない。 When the conductive film CD1 and the material film MT are formed in Steps S4a and S4b, the conductive film CD1 and the material film MT are not formed in the trench TR2 (that is, between the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2). A certain depression (recess, groove) RS2 exists. That is, the laminated film LM1 (a laminated film LM1 having a thickness of approximately T2) is formed in a region adjacent to the side surface SW1 of the trench TR2, a region adjacent to the side surface SW2 of the trench TR2, and a region adjacent to the bottom surface of the trench TR2. However, the conductive film CD1 and the material film MT are not formed in the central portion between the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2.
このように、積層膜LM1の厚みT2は、溝TR2を埋め込むには不足しているため、ステップS4a,S4bを行った段階では、溝TR2内はまだ完全には埋め込まれていない。 Thus, since the thickness T2 of the laminated film LM1 is insufficient to fill the trench TR2, the trench TR2 is not completely buried at the stage where Steps S4a and S4b are performed.
ステップS4a,S4bで溝TR2が導電膜CD1および材料膜MTで完全には埋め込まれないが、ステップS4cでは、導電膜CD2は、溝TR2内を完全に埋め込むように、形成される。すなわち、ステップS4a,S4bで導電膜CD1および材料膜MTを形成した段階では、溝TR(TR1,TR2)は完全には充填されず、ステップS4cで導電膜CD2を形成すると、溝TR(TR1,TR2)は完全に充填された状態になる。 In steps S4a and S4b, the trench TR2 is not completely filled with the conductive film CD1 and the material film MT, but in step S4c, the conductive film CD2 is formed so as to be completely filled in the trench TR2. That is, at the stage where the conductive film CD1 and the material film MT are formed in steps S4a and S4b, the trench TR (TR1, TR2) is not completely filled. When the conductive film CD2 is formed in step S4c, the trench TR (TR1, TR1) is formed. TR2) is completely filled.
このため、ステップS4a,S4b,S4cにおいて、ゲート引出用の溝TR2が導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2との積層膜LMで完全に埋め込まれるように、導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2との合計の厚み(堆積膜厚)T3と溝TR2の幅W2とを設定する。 Therefore, in steps S4a, S4b, and S4c, the conductive film CD1 and the material film MT are formed so that the gate lead trench TR2 is completely filled with the laminated film LM of the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2. A total thickness (deposited film thickness) T3 with the conductive film CD2 and a width W2 of the trench TR2 are set.
具体的には、導電膜CD1と材料膜MTの合計の厚みT2を、溝TR2の幅W2g(ここでW2g=W2−Tg×2)の半分よりも小さくし、かつ、導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2の合計の厚みT3を、溝TR2の幅W2gの半分以上にしている(すなわちT2<W2g×1/2≦T3)。こうすることで、導電膜CD1および材料膜MTは、溝TR2に対してコンフォーマルに形成され、導電膜CD1および材料膜MTを形成した段階では、溝TR1は完全には埋まらないが、導電膜CD2を形成すると、溝TR2は導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2との積層膜LMで完全に埋まることになる。ここで、導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2の合計の厚みT3は、導電膜CD1と材料膜MTの合計の上記厚みT2に導電膜CD2の厚み(堆積厚み)を足したものである。 Specifically, the total thickness T2 of the conductive film CD1 and the material film MT is made smaller than half the width W2g of the trench TR2 (W2g = W2−Tg × 2), and the conductive film CD1 and the material film The total thickness T3 of the MT and the conductive film CD2 is set to be more than half of the width W2g of the trench TR2 (that is, T2 <W2g × 1/2 ≦ T3). Thus, the conductive film CD1 and the material film MT are formed conformally to the trench TR2, and the trench TR1 is not completely filled at the stage where the conductive film CD1 and the material film MT are formed. When CD2 is formed, the trench TR2 is completely filled with the laminated film LM of the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2. Here, the total thickness T3 of the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2 is obtained by adding the thickness (deposition thickness) of the conductive film CD2 to the total thickness T2 of the conductive film CD1 and the material film MT. .
つまり、図25に示されるように、T2<W2g×1/2≦T3とすることにより、溝TR2の幅方向において、溝TR2の一方の側面SW1上に堆積する導電膜CD2の表面と、溝TR2の他方の側面SW2上に堆積する導電膜CD2の表面とが、くっついて(接触して)一体化することで、溝TR2が導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2との積層膜LMで完全に埋まることになる。 That is, as shown in FIG. 25, by setting T2 <W2g × 1/2 ≦ T3, in the width direction of the trench TR2, the surface of the conductive film CD2 deposited on one side surface SW1 of the trench TR2 and the trench The surface of the conductive film CD2 deposited on the other side surface SW2 of TR2 is attached (contacted) and integrated, so that the trench TR2 is a laminated film LM of the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2. Will be completely buried.
ステップS4a,S4bで導電膜CD1および材料膜MTを形成すると、溝TR2内に(すなわち溝TR2の側面SW1と側面SW2との間に)、上記窪み部RS2が存在していたが、ステップS4cで導電膜CD2を形成すると、この窪み部RS2は導電膜CD2で埋まる。すなわち、溝TR2の側面SW1と側面SW2との間に積層膜LMが埋め込まれており、溝TR2の側面SW1と側面SW2との間の中央部には、導電膜CD2が存在している。 When the conductive film CD1 and the material film MT are formed in steps S4a and S4b, the depression RS2 is present in the trench TR2 (that is, between the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2), but in step S4c When the conductive film CD2 is formed, the recess RS2 is filled with the conductive film CD2. That is, the laminated film LM is embedded between the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2, and the conductive film CD2 exists in the center portion between the side surface SW1 and the side surface SW2 of the trench TR2.
このように、積層膜LMの厚みT3は、溝TR2を埋め込むのに十分であるため、ステップS4a,S4b,S4cを行った段階では、溝TR2内は導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2との積層膜LMで埋め込まれた状態となる。 Thus, since the thickness T3 of the laminated film LM is sufficient to fill the trench TR2, the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2 are contained in the trench TR2 when the steps S4a, S4b, and S4c are performed. Embedded in the laminated film LM.
ステップS4の好適な一例として、ステップS4a,S4b,S4cを、条件変更を含む連続した1つのLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)工程で行う場合について、以下に具体的に説明する。 As a preferred example of step S4, the case where steps S4a, S4b, and S4c are performed in one continuous LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) process including condition change will be specifically described below.
まず、原料ガスとしてモノシラン(SiH4)とホスフィン(PH3)との混合ガスを用いたLPCVD法によって、上記図23に示されるように、絶縁膜GI上に上記導電膜CD1として、所定のリン濃度を有する例えば膜厚150nm程度のドープトポリシリコン膜を成膜する。これにより、溝TR(TR1,TR2)の内面(側面および底面)は、一様な膜厚のドープトポリシリコン膜(導電膜CD1)で被覆される。 First, as shown in FIG. 23, as shown in FIG. 23, as the conductive film CD1, the conductive film CD1 has a predetermined phosphorus content by LPCVD using a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) as a source gas. For example, a doped polysilicon film having a thickness of about 150 nm is formed. Thereby, the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR (TR1, TR2) is covered with the doped polysilicon film (conductive film CD1) having a uniform film thickness.
引き続き、LPCVD工程の途中で所定濃度の酸素ガスを(成膜装置のチャンバに)供給することにより、上記図24に示されるように、導電膜CD1としてのドープトポリシリコン膜上に、上記材料膜MTとして、例えば50Å(50オングストローム)程度の薄い酸化シリコン膜(マスク酸化膜)を形成する。上記材料膜MTとしての酸化シリコン膜の膜厚は、後にエッチングストッパの役目をするために適切な膜厚に設定する。上記材料膜MTとしての酸化シリコン膜の膜厚は、酸素ガス供給時間で制御することができる。 Subsequently, by supplying oxygen gas of a predetermined concentration (to the chamber of the film forming apparatus) during the LPCVD process, the material is formed on the doped polysilicon film as the conductive film CD1 as shown in FIG. As the film MT, for example, a thin silicon oxide film (mask oxide film) of about 50 mm (50 angstroms) is formed. The film thickness of the silicon oxide film as the material film MT is set to an appropriate film thickness to serve as an etching stopper later. The film thickness of the silicon oxide film as the material film MT can be controlled by the oxygen gas supply time.
このようにすると、後でエッチングストッパ膜(エッチングマスク)の役目をするシリコン酸化膜(材料膜MT)を溝TR(TR1,TR2)に対してセルフアラインに形成でき、溝TR(TR1,TR2)に対する位置ずれのマージンを見込んだりする必要がない。 In this way, a silicon oxide film (material film MT) that later functions as an etching stopper film (etching mask) can be formed in self-alignment with the trench TR (TR1, TR2), and the trench TR (TR1, TR2). There is no need to allow for a margin of misalignment with respect to.
また、導電膜CD1としてのドープトポリシリコン膜上に材料膜MTとしての酸化シリコン膜を形成するには、LPCVD工程の途中で酸素ガスの供給/停止を行うだけでよく、特別にエッチングストッパ膜(エッチングマスク)の形成工程を設ける必要がない。 In addition, in order to form a silicon oxide film as the material film MT on the doped polysilicon film as the conductive film CD1, it is only necessary to supply / stop oxygen gas during the LPCVD process. There is no need to provide a process for forming (etching mask).
そして、上記材料膜MTとしての薄いシリコン酸化膜(マスク酸化膜)が形成できたら、(成膜装置のチャンバへの)酸素供給を停止し、引き続き、上記図25に示されるように、上記材料膜MTとしてのシリコン酸化膜上に、上記導電膜CD2としてのドープトポリシリコン膜を成膜する。上記導電膜CD2としてのドープトポリシリコン膜は、上記導電膜CD1としてのドープトポリシリコン膜と同じリン濃度を有し、溝TR(TR1,TR2)の内部を完全に埋め込んだ後、さらに基板表面上に一定厚さ成膜する。 When a thin silicon oxide film (mask oxide film) as the material film MT can be formed, the oxygen supply (to the chamber of the film forming apparatus) is stopped, and subsequently, as shown in FIG. A doped polysilicon film as the conductive film CD2 is formed on the silicon oxide film as the film MT. The doped polysilicon film as the conductive film CD2 has the same phosphorus concentration as the doped polysilicon film as the conductive film CD1, completely fills the inside of the trench TR (TR1, TR2), and then further has a substrate. A certain thickness is deposited on the surface.
これにより、溝TR(TR1,TR2)の内部を埋め込む、下層側のドープトポリシリコン膜(導電膜CD1)と酸化シリコン膜(材料膜MT)と上層側のドープトポリシリコン膜(導電膜CD2)とからなる3層膜(積層膜LM)が形成される。このようにして、成膜条件変更(成膜装置の導入ガスの変更)により、ステップS4a,S4b,S4cを同じ製造装置(成膜装置)で連続して行うことができる。 Thus, the lower doped polysilicon film (conductive film CD1) and silicon oxide film (material film MT), and the upper doped polysilicon film (conductive film CD2) are embedded in the trench TR (TR1, TR2). ) Is formed (laminated film LM). In this way, steps S4a, S4b, and S4c can be continuously performed in the same manufacturing apparatus (film forming apparatus) by changing the film forming conditions (changing the gas introduced into the film forming apparatus).
つまり、CVD法(ここではLPCVD法)によるドープトポリシリコン膜の成膜工程の途中に、成膜ガスに酸素ガスを混合している期間を設けることで、成膜ガスに酸素ガスが混合されていないときにはドープトポリシリコン膜(導電膜CD1,CD2)が成膜され、成膜ガスに酸素ガスが混合されているときには酸化シリコン膜(材料膜MT)が成膜される。これにより、酸化シリコン膜(材料膜MT)がドープトポリシリコン膜(導電膜CD1,CD2)で挟まれた構成の積層膜(LM)を形成することができる。 That is, by providing a period in which oxygen gas is mixed with the film forming gas in the middle of the film forming process of the doped polysilicon film by the CVD method (here LPCVD method), the oxygen gas is mixed with the film forming gas. When not, doped polysilicon films (conductive films CD1, CD2) are formed, and when an oxygen gas is mixed with the film forming gas, a silicon oxide film (material film MT) is formed. Thereby, a laminated film (LM) having a configuration in which the silicon oxide film (material film MT) is sandwiched between the doped polysilicon films (conductive films CD1, CD2) can be formed.
このように、同じ成膜装置内に基板SUBを配置した状態で、導電膜CD1を成膜する工程(ステップS4a)と、成膜の途中で酸素ガスを供給(追加)して導電膜CD1の表面に酸化膜(材料膜MT)を形成する工程(ステップS4b)と、酸素供給を停止して更に成膜を継続することで導電膜CD1と同じ材料の導電膜CD2を形成する工程(ステップS4c)とを連続的に行うことができる。これにより、製造工程数や製造時間を増加させずに、溝TR(TR1,TR2)をゲート電極用の膜(ここでは積層膜LM)で埋め込むとともに、このゲート電極用の膜が、後でコンタクトホールCT2を形成するときにエッチングストッパとして機能できる膜(ここでは材料膜MT)を含むものとすることができる。 As described above, in the state where the substrate SUB is disposed in the same film forming apparatus, the step of forming the conductive film CD1 (step S4a), and oxygen gas is supplied (added) during the film formation to form the conductive film CD1. A step of forming an oxide film (material film MT) on the surface (step S4b) and a step of forming the conductive film CD2 of the same material as the conductive film CD1 by stopping the supply of oxygen and continuing the film formation (step S4c) ) Can be performed continuously. Thus, the trench TR (TR1, TR2) is filled with the gate electrode film (here, the laminated film LM) without increasing the number of manufacturing steps and the manufacturing time, and the gate electrode film is contacted later. A film (here, the material film MT) that can function as an etching stopper when forming the hole CT2 can be included.
また、導電膜CD1としてのドープトポリシリコン膜と、導電膜CD2としてのドープトポリシリコン膜とで、ドープされ不純物の種類と濃度とを同じにすれば、後述のステップS5cで導電膜CD1と導電膜CD2とのエッチング速度を同じにしやすくなる。また、導電膜CD1としてのドープトポリシリコン膜と、導電膜CD2としてのドープトポリシリコン膜とで、ドープされた不純物の種類と濃度とを同じにすれば、ステップS4a,S4b,S4cの切り替えを酸素ガスの切り替えで容易に行うことができ、導電膜CD1,CD2で材料膜MTが挟まれた構成の積層膜LMを、容易かつ的確に形成することができる。 Further, if the doped polysilicon film as the conductive film CD1 and the doped polysilicon film as the conductive film CD2 are made to have the same type and concentration of impurities, the conductive film CD1 and the conductive film CD1 will be described in step S5c described later. It becomes easy to make the etching rate of the conductive film CD2 the same. Further, if the doped polysilicon film as the conductive film CD1 and the doped polysilicon film as the conductive film CD2 have the same kind and concentration of the doped impurities, switching between steps S4a, S4b, and S4c is performed. Can be easily performed by switching the oxygen gas, and the laminated film LM having the structure in which the material film MT is sandwiched between the conductive films CD1 and CD2 can be formed easily and accurately.
次に(すなわち積層膜LMの形成後)、積層膜LMをエッチング(エッチバック)することで、図26〜図28に示されるように、溝TRの外部の積層膜LMを除去し、溝TR内に積層膜LMを残す(図8のステップS5)。 Next (that is, after forming the laminated film LM), the laminated film LM is etched (etched back) to remove the laminated film LM outside the trench TR as shown in FIGS. The laminated film LM is left inside (step S5 in FIG. 8).
ステップS5では、異方性エッチングを用いて積層膜LMをエッチバックすることにより、基板SUB上の導電膜CD2、材料膜MTおよび導電膜CD1が順次、エッチングされて除去されていき、溝TRの外部の積層膜LMが除去され、溝TR内に積層膜LMが残存する。 In step S5, the laminated film LM is etched back using anisotropic etching, so that the conductive film CD2, the material film MT, and the conductive film CD1 on the substrate SUB are sequentially etched and removed, and the trench TR The external laminated film LM is removed, and the laminated film LM remains in the trench TR.
ステップS5は、図11に示されるステップS5a,S5b,S5cのサブステップを有している。 Step S5 has substeps of steps S5a, S5b, and S5c shown in FIG.
ステップS5のエッチング工程を、ステップS5a,S5b,S5cのサブステップにより行うことで、ステップS5におけるエッチングの進行が基板SUBの主面全面において、より均等に進行するようになる。ステップS5aのエッチングとステップS5bのエッチングとステップS5cのエッチングとは、エッチングガスを変更することで切り換えることができる。このため、ステップS5aのエッチングとステップS5bのエッチングとステップS5cのエッチングとを、エッチングガスを変更しながら、連続的に行うこともできる。 By performing the etching process of step S5 by the sub-steps of steps S5a, S5b, and S5c, the progress of the etching in step S5 proceeds more evenly over the entire main surface of the substrate SUB. The etching in step S5a, the etching in step S5b, and the etching in step S5c can be switched by changing the etching gas. Therefore, the etching in step S5a, the etching in step S5b, and the etching in step S5c can be performed continuously while changing the etching gas.
ステップS5aのエッチングとステップS5bのエッチングとステップS5cのエッチングとは、導電膜CD1,CD2と材料膜MTとのエッチングの選択比を考慮してエッチングガスを変更する。 In the etching in step S5a, the etching in step S5b, and the etching in step S5c, the etching gas is changed in consideration of the etching selectivity between the conductive films CD1 and CD2 and the material film MT.
以下、ステップS5a,S5b,S5cについて、具体的に説明する。 Hereinafter, steps S5a, S5b, and S5c will be described in detail.
すなわち、ステップS4までを行って上記図21の構造(すなわち図25の構造)を得た後、まず、図29に示されるように、導電膜CD2をエッチングする(図11のステップS5a)。 That is, after performing step S4 to obtain the structure of FIG. 21 (that is, the structure of FIG. 25), first, as shown in FIG. 29, the conductive film CD2 is etched (step S5a of FIG. 11).
このステップS5aでは、材料膜MTのエッチング速度よりも導電膜CD2のエッチング速度が大きく(速く)なるような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。材料膜MTは、導電膜CD2とは異なる材料により形成されているため、材料膜MTに対する導電膜CD2のエッチング選択比を確保することができる。 In this step S5a, etching is performed under conditions (etching conditions) such that the etching rate of the conductive film CD2 is higher (faster) than the etching rate of the material film MT. Since the material film MT is formed of a material different from that of the conductive film CD2, the etching selectivity of the conductive film CD2 with respect to the material film MT can be ensured.
ステップS5aでは、導電膜CD2をエッチングして、材料膜MTが露出した段階で、ステップS5aのエッチングを終了する。これにより、溝TR内に導電膜CD2が残存する。すなわち、ステップS5aでは、溝TRの外部の導電膜CD2が除去され、溝TR内の導電膜CD2が残存する。また、ステップS5aでは、エッチングとして、ドライエッチングを用いることが好ましく、異方性のドライエッチングであれば、より好ましい。 In step S5a, the etching of step S5a is terminated when the conductive film CD2 is etched and the material film MT is exposed. As a result, the conductive film CD2 remains in the trench TR. That is, in step S5a, the conductive film CD2 outside the trench TR is removed, and the conductive film CD2 in the trench TR remains. In step S5a, dry etching is preferably used as etching, and anisotropic dry etching is more preferable.
ステップS5a後に残存する導電膜CD2の上面の高さ位置は、エピタキシャル層EPの上面(溝TRが形成されていない領域の上面)よりも高い位置にあることが好ましく、また、溝TRが形成されていない領域のエピタキシャル層EP上での導電膜CD1の上面と、概ね同じ高さ位置にあることが好ましい。なお、高さまたは高さ位置を言うときは、基板SUBの主面に垂直な方向の高さまたは高さ位置のことを指す。 The height position of the upper surface of the conductive film CD2 remaining after step S5a is preferably higher than the upper surface of the epitaxial layer EP (the upper surface of the region where the trench TR is not formed), and the trench TR is formed. It is preferable that the upper surface of the conductive film CD1 on the epitaxial layer EP in the non-existing region is substantially at the same height position. Note that the height or height position refers to a height or height position in a direction perpendicular to the main surface of the substrate SUB.
続いて、ステップS5aで導電膜CD2をエッチングしたことで露出した材料膜MTを、図30に示されるように、エッチングする(図11のステップS5b)。 Subsequently, the material film MT exposed by etching the conductive film CD2 in step S5a is etched as shown in FIG. 30 (step S5b in FIG. 11).
導電膜CD1,CD2のエッチング速度を材料膜MTのエッチング速度で割った値は、ステップS5a,S5cよりも、ステップS5bの方が小さくなるようにすることが好ましい。すなわち、ステップS5a,S5cでは、材料膜MTに対する導電膜CD1,CD2のエッチング選択比が高く、それに比べて、ステップS5bでは、材料膜MTに対する導電膜CD1,CD2のエッチング選択比が低くなるように、エッチング条件を調整することが好ましい。材料膜MTは、導電膜CD1,CD2とは異なる材料により形成されているため、材料膜MTに対する導電膜CD1,CD2のエッチング選択比を上述のように調整することが可能である。また、ステップS5bでは、エッチングとして、ドライエッチングを用いることが好ましく、異方性のドライエッチングであれば、より好ましい。 It is preferable that the value obtained by dividing the etching rate of the conductive films CD1 and CD2 by the etching rate of the material film MT is smaller in step S5b than in steps S5a and S5c. That is, in steps S5a and S5c, the etching selectivity of the conductive films CD1 and CD2 with respect to the material film MT is high. In contrast, in step S5b, the etching selectivity of the conductive films CD1 and CD2 with respect to the material film MT is low. It is preferable to adjust the etching conditions. Since the material film MT is formed of a material different from that of the conductive films CD1 and CD2, the etching selectivity of the conductive films CD1 and CD2 with respect to the material film MT can be adjusted as described above. In step S5b, dry etching is preferably used as etching, and anisotropic dry etching is more preferable.
ステップS5bでは、材料膜MTをエッチングして、導電膜CD1が露出した段階で、ステップS5bのエッチングを終了する。これにより、溝TR内に導電膜CD1,CD2および材料膜MTが残存する。すなわち、ステップS5bのエッチングにより、溝TRの外部の材料膜MTが除去されて溝TRの外部の導電膜CD1が露出し、溝TR内には導電膜CD1,CD2および材料膜MTが残存する。 In step S5b, the etching of step S5b is terminated when the material film MT is etched and the conductive film CD1 is exposed. As a result, the conductive films CD1 and CD2 and the material film MT remain in the trench TR. That is, the etching of step S5b removes the material film MT outside the trench TR to expose the conductive film CD1 outside the trench TR, and the conductive films CD1 and CD2 and the material film MT remain in the trench TR.
また、ステップS5bでは、材料膜MTだけでなく、導電膜CD1も除去され得る。しかしながら、上述のように、ステップS5a,S5cに比べてステップS5bでは、材料膜MTに対する導電膜CD1,CD2のエッチング選択比を低くしておくことで、ステップS5bで材料膜MTがエッチングされている間に導電膜CD2が過剰にエッチングされるのを抑制または防止することができる。これにより、ステップS5b後に残存する導電膜CD2の上面は、導電膜CD1の上面と、概ね同じ高さ位置とすることができる。 In step S5b, not only the material film MT but also the conductive film CD1 can be removed. However, as described above, in step S5b compared to steps S5a and S5c, the material film MT is etched in step S5b by lowering the etching selectivity of the conductive films CD1 and CD2 with respect to the material film MT. It is possible to suppress or prevent the conductive film CD2 from being excessively etched. As a result, the upper surface of the conductive film CD2 remaining after step S5b can be approximately at the same height as the upper surface of the conductive film CD1.
続いて、ステップS5bで材料膜MTをエッチングしたことで露出した導電膜CD1と、残存している導電膜CD2とを、図31に示されるように、エッチングする(図11のステップS5c)。 Subsequently, the conductive film CD1 exposed by etching the material film MT in step S5b and the remaining conductive film CD2 are etched as shown in FIG. 31 (step S5c in FIG. 11).
ステップS5cでは、導電膜CD1と導電膜CD2とのエッチング速度がほぼ同じになるように、エッチングを行うことが好ましい。これは、導電膜CD1と導電膜CD2とを同じ材料により形成することで、容易に実現可能である。例えば、導電膜CD1と導電膜CD2とを、いずれもポリシリコン膜(ドープトポリシリコン膜)により形成することで、導電膜CD1と導電膜CD2とのエッチング速度を、ほぼ同じにすることができる。また、ステップS5cでは、エッチングとして、ドライエッチングを用いることが好ましく、異方性のドライエッチングであれば、より好ましい。 In step S5c, etching is preferably performed so that the etching rates of the conductive film CD1 and the conductive film CD2 are substantially the same. This can be easily realized by forming the conductive film CD1 and the conductive film CD2 from the same material. For example, by forming both the conductive film CD1 and the conductive film CD2 from a polysilicon film (doped polysilicon film), the etching rates of the conductive film CD1 and the conductive film CD2 can be made substantially the same. . In step S5c, dry etching is preferably used as etching, and anisotropic dry etching is more preferable.
ステップS5cでは、溝TRの外部の導電膜CD1を除去し、溝TR内に導電膜CD1,CD2および導電膜CD1,CD2間の材料膜MTを残存させる。ステップS5c後に溝TR内に残存する導電膜CD1および導電膜CD2の各上面の高さ位置は、ほぼ同じであることが好ましい。これは、ステップS5cで導電膜CD1と導電膜CD2とのエッチング速度をほぼ同じにすることで、実現できる。また、ステップS5c後に溝TR内に残存する導電膜CD1,CD2の上面の高さ位置は、エピタキシャル層EPの上面よりも低くすることが好ましい。 In step S5c, the conductive film CD1 outside the trench TR is removed, and the conductive films CD1 and CD2 and the material film MT between the conductive films CD1 and CD2 are left in the trench TR. It is preferable that the height positions of the upper surfaces of the conductive films CD1 and CD2 remaining in the trench TR after step S5c are substantially the same. This can be realized by making the etching rates of the conductive film CD1 and the conductive film CD2 substantially the same in step S5c. In addition, the height position of the upper surfaces of the conductive films CD1 and CD2 remaining in the trench TR after step S5c is preferably lower than the upper surface of the epitaxial layer EP.
このように、溝TRに平面視で重ならない領域の積層膜LM(導電膜CD1、材料膜MTおよび導電膜CD2)については、ステップS5aで導電膜CD2が除去され、ステップS5bで材料膜MTが除去され、ステップS5cで導電膜CD1が除去される。一方、溝TRに平面視で重なる領域の積層膜LM(導電膜CD1、材料膜MTおよび導電膜CD2)については、ステップS5aで導電膜CD2の一部が除去され、ステップS5bで材料膜MTおよび導電膜CD2の一部が除去され、ステップS5cで導電膜CD1,CD2の一部が除去される。 As described above, for the stacked film LM (conductive film CD1, material film MT, and conductive film CD2) in a region that does not overlap the trench TR in plan view, the conductive film CD2 is removed in step S5a, and the material film MT is changed in step S5b. The conductive film CD1 is removed in step S5c. On the other hand, for the laminated film LM (conductive film CD1, material film MT and conductive film CD2) in the region overlapping with the trench TR in plan view, a part of the conductive film CD2 is removed in step S5a, and in step S5b, the material film MT and Part of the conductive film CD2 is removed, and part of the conductive films CD1 and CD2 is removed in step S5c.
また、ここではステップS5a,S5b,S5cでエッチング条件を変える場合について説明したが、他の形態として、ステップS5a,S5b,S5cをエッチング条件を変えずに連続的に行い、溝TRの外部の積層膜LMを除去し、溝TR内に積層膜LMを残存させることもできる。この場合、材料膜MTが導電膜CD1,CD2よりも薄いため、導電膜CD1,CD2のエッチング速度が材料膜MTのエッチング速度よりも速くなるような条件(エッチング条件)を採用することが好ましい。 Although the case where the etching conditions are changed in steps S5a, S5b, and S5c has been described here, as another embodiment, steps S5a, S5b, and S5c are continuously performed without changing the etching conditions, and the layer outside the trench TR is stacked. It is also possible to remove the film LM and leave the laminated film LM in the trench TR. In this case, since the material film MT is thinner than the conductive films CD1 and CD2, it is preferable to employ conditions (etching conditions) such that the etching rate of the conductive films CD1 and CD2 is higher than the etching rate of the material film MT.
また、導電膜CD1,CD2にポリシリコン膜を用い、かつ材料膜MTに酸化シリコン膜を用いた場合、ステップS5a,S5b,S5cの各エッチングは、Cl2ガスとHBrガスとO2ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを用いることができる。酸化シリコン膜(材料膜MT)に対するドープトポリシリコン膜(導電膜CD1,CD2)のエッチング選択比は、この混合ガスにおけるCl2ガスの混合比で調整することができる。具体的には、Cl2ガスとHBrガスとO2ガスとの混合ガスにおいて、Cl2ガスの混合比を増やすことで、酸化シリコン膜(材料膜MT)に対するドープトポリシリコン膜(導電膜CD1,CD2)のエッチング選択比を大きくすることができる。このため、ステップS5a,S5b,S5cは、Cl2ガスの混合比を切り換えることで、連続的に行うことができる。なお、酸化シリコン膜(材料膜MT)に対するドープトポリシリコン膜(導電膜CD1,CD2)のエッチング選択比を低くする場合は、Cl2ガスとHBrガスとO2ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングにおいて、Cl2ガスの混合比をゼロにすることもできる。 Further, when a polysilicon film is used for the conductive films CD1 and CD2 and a silicon oxide film is used for the material film MT, each etching in steps S5a, S5b, and S5c is performed using Cl 2 gas, HBr gas, and O 2 gas. Dry etching using a mixed gas can be used. The etching selection ratio of the doped polysilicon film (conductive films CD1, CD2) to the silicon oxide film (material film MT) can be adjusted by the mixing ratio of Cl 2 gas in this mixed gas. Specifically, a doped polysilicon film (conductive film CD1) with respect to a silicon oxide film (material film MT) is increased by increasing the mixing ratio of Cl 2 gas in a mixed gas of Cl 2 gas, HBr gas, and O 2 gas. , CD2) can be increased in etching selectivity. For this reason, steps S5a, S5b, and S5c can be performed continuously by switching the mixing ratio of the Cl 2 gas. Note that when the etching selectivity of the doped polysilicon film (conductive films CD1, CD2) to the silicon oxide film (material film MT) is lowered, a mixed gas of Cl 2 gas, HBr gas, and O 2 gas is used. In dry etching, the mixing ratio of Cl 2 gas can be made zero.
また、上記ステップS3では、溝TR(TR1,TR2)の内面(側面および底面)だけでなく、エピタキシャル層EPの上面(溝TRが形成されていない部分のエピタキシャル層EPの上面)にも、絶縁膜GIが形成されている。このため、ステップS5cで溝TR(TR1,TR2)の外部の導電膜CD1をエッチングにより除去すると、溝TR(TR1,TR2)の外部におけるエピタキシャル層EPの上面の絶縁膜GIが露出することになる。このとき、エピタキシャル層EP上に絶縁膜GIを層状に残存させ、溝TR(TR1,TR2)の外部におけるエピタキシャル層EPの上面(Si面)が露出しないようにすることが好ましい。これにより、ステップS5cでエピタキシャル層EPの上面(Si面)が露出してエッチングダメージを受けるのを防止することができる。この観点で、ステップS5cは、導電膜CD1,CD2のエッチング速度よりも絶縁膜GIのエッチング速度が小さく(遅く)なるような条件(エッチング条件)で、エッチングを行うことが好ましい。これにより、ステップS5cでは、溝TR(TR1,TR2)の外部において、エピタキシャル層EPの表面に形成された絶縁膜GIをエッチングストッパ膜として機能させることができ、ステップS5cでエピタキシャル層EPが露出してエッチングされるのを防止することができる。 In step S3, not only the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR (TR1, TR2) but also the upper surface of the epitaxial layer EP (upper surface of the epitaxial layer EP where the trench TR is not formed) are insulated. A film GI is formed. Therefore, when the conductive film CD1 outside the trench TR (TR1, TR2) is removed by etching in step S5c, the insulating film GI on the upper surface of the epitaxial layer EP outside the trench TR (TR1, TR2) is exposed. . At this time, it is preferable that the insulating film GI is left in layers on the epitaxial layer EP so that the upper surface (Si surface) of the epitaxial layer EP outside the trench TR (TR1, TR2) is not exposed. Thereby, it is possible to prevent the upper surface (Si surface) of the epitaxial layer EP from being exposed and being damaged by etching in step S5c. From this viewpoint, it is preferable to perform the etching in step S5c under conditions (etching conditions) such that the etching rate of the insulating film GI is smaller (slower) than the etching rates of the conductive films CD1 and CD2. As a result, in step S5c, the insulating film GI formed on the surface of the epitaxial layer EP can function as an etching stopper film outside the trench TR (TR1, TR2), and the epitaxial layer EP is exposed in step S5c. Thus, etching can be prevented.
また、ステップS5c後に、図31に示されるように、溝TR内に残存する導電膜CD1,CD2の上面(表面)から材料膜MTの一部が上方に突出する場合もある。これは、ステップS5cのエッチングを、導電膜CD1,CD2のエッチング速度が材料膜MTのエッチング速度よりも速くなるような条件で行い、かつ、エッチングが異方性である場合に生じ得る。この場合、ステップS5cの後に(かつ後述のステップS6の前に)、図32に示されるように、溝TR内に残存する導電膜CD1,CD2の上面から突出する部分(突出部)の材料膜MTを、ウェットエッチングなどにより除去すれば、より好ましい。これにより、後で形成する絶縁膜IL2の平坦性を向上することができる。図32の工程段階が、上記図26の工程段階に対応している。すなわち、図32の構造は、上記図26の構造と同じである。他の形態として、絶縁膜IL2の平坦性を重視しない場合は、図31のように溝TR内に残存する導電膜CD1,CD2の上面から突出する部分(突出部)の材料膜MTを、除去せずにその後も残存させることも可能である。 In addition, after step S5c, as shown in FIG. 31, a part of the material film MT may protrude upward from the upper surfaces (surfaces) of the conductive films CD1 and CD2 remaining in the trench TR. This may occur when the etching in step S5c is performed under the condition that the etching rate of the conductive films CD1 and CD2 is higher than the etching rate of the material film MT, and the etching is anisotropic. In this case, after step S5c (and before step S6 described later), as shown in FIG. 32, the material film of the portion (protruding portion) protruding from the upper surface of the conductive films CD1 and CD2 remaining in the trench TR. It is more preferable if MT is removed by wet etching or the like. Thereby, the flatness of the insulating film IL2 to be formed later can be improved. The process step in FIG. 32 corresponds to the process step in FIG. That is, the structure of FIG. 32 is the same as the structure of FIG. As another form, when the flatness of the insulating film IL2 is not emphasized, the material film MT of the portion (protruding portion) protruding from the upper surface of the conductive films CD1 and CD2 remaining in the trench TR is removed as shown in FIG. It is also possible to leave it after that.
このようにして、ステップS5(S5a,S5b,S5c)を行うことにより、溝TRの外部の積層膜LMを除去し、溝TR内に積層膜LMを残す。すなわち、スッテップS5を行うと、上記図26〜図28に示されるように、溝TR(TR1,TR2)内に絶縁膜GIを介して積層膜LMが埋め込まれた状態となる。溝TR1内に残存する絶縁膜GIが、ゲート絶縁膜となり、溝TR1内に残存する積層膜LMが、ゲート電極GEとなる。すなわち、溝TR1内に絶縁膜GIを介して埋め込まれている積層膜LMが、ゲート電極GEとなり、溝TR1の内面(側面および底面)とゲート電極GEとの間に介在する絶縁膜GIが、ゲート絶縁膜となる。従って、ゲート電極GEは、ゲート絶縁膜(絶縁膜GI)を介して溝TR1内に埋め込まれた状態となっている。また、溝TR2内には、絶縁膜GIおよび積層膜LMが残存している。すなわち、溝TR2内には、絶縁膜GIを介して積層膜LMが埋め込まれている。ステップS5の後に溝TR2内に残存する積層膜LM(すなわち溝TR2内に絶縁膜GIを介して埋め込まれた積層膜LM)を、以下では符号LM2を付して積層膜LM2と称することとする。 Thus, by performing step S5 (S5a, S5b, S5c), the laminated film LM outside the trench TR is removed, and the laminated film LM is left in the trench TR. That is, when step S5 is performed, as shown in FIGS. 26 to 28, the laminated film LM is embedded in the trench TR (TR1, TR2) via the insulating film GI. The insulating film GI remaining in the trench TR1 becomes a gate insulating film, and the stacked film LM remaining in the trench TR1 becomes a gate electrode GE. That is, the laminated film LM embedded in the trench TR1 via the insulating film GI serves as the gate electrode GE, and the insulating film GI interposed between the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR1 and the gate electrode GE It becomes a gate insulating film. Therefore, the gate electrode GE is in a state of being buried in the trench TR1 via the gate insulating film (insulating film GI). Further, the insulating film GI and the laminated film LM remain in the trench TR2. That is, the laminated film LM is embedded in the trench TR2 via the insulating film GI. The laminated film LM remaining in the trench TR2 after step S5 (that is, the laminated film LM embedded in the trench TR2 via the insulating film GI) is hereinafter referred to as a laminated film LM2 with reference numeral LM2. .
溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEと溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2とは、同じ工程で形成されているため、ステップS5を終了した段階で、図28に示されるように、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEの上面UPS1と溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面UPS2とは、ほぼ同じ高さになっている。 Since the gate electrode GE embedded in the trench TR1 and the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 are formed in the same process, as shown in FIG. The upper surface UPS1 of the embedded gate electrode GE and the upper surface UPS2 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 have substantially the same height.
また、図28に示されるように、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEの上面UPS1と溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面UPS2とが、エピタキシャル層EPの上面UPS3よりも後退する(高さが低くなる)ことが好ましい。すなわち、ステップS5では、溝TR(TR1,TR2)内に残存する積層膜LM(すなわちゲート電極GEおよび積層膜LM2)の上面(UPS1,UPS2)が、エピタキシャル層EPの上面UPS3よりも若干低くなるまで、積層膜LMをエッチバックすることが好ましい。図28では、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEの上面UPS1と溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面UPS2とが、エピタキシャル層EPの上面UPS3よりも距離L1だけ低くなっている場合が示されている。ここで、基板SUBの裏面に近い方を低いとし、基板SUBの裏面から遠い方を高いとしている。このようにするのは、ステップS5を終了した時点で、溝TRの外部のエピタキシャル層EP上に積層膜LMを構成する導電膜CD1,CD2のエッチング残りが残存するのを防止するためである。 As shown in FIG. 28, the upper surface UPS1 of the gate electrode GE embedded in the trench TR1 and the upper surface UPS2 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 recede from the upper surface UPS3 of the epitaxial layer EP (high). Is preferable). That is, in step S5, the upper surface (UPS1, UPS2) of the laminated film LM (that is, the gate electrode GE and the laminated film LM2) remaining in the trench TR (TR1, TR2) is slightly lower than the upper surface UPS3 of the epitaxial layer EP. It is preferable to etch back the laminated film LM. In Figure 28, when the upper surface UPS2 laminated films LM2 embedded in the upper surface UPS1 and grooves TR2 gate electrode GE embedded in the groove TR1 is lower by a distance L 1 from the upper surface UPS3 of the epitaxial layer EP is It is shown. Here, it is assumed that the side closer to the back surface of the substrate SUB is low and the side far from the back surface of the substrate SUB is high. The reason for this is to prevent etching residues of the conductive films CD1 and CD2 constituting the stacked film LM from remaining on the epitaxial layer EP outside the trench TR when step S5 is completed.
溝TRの外部のエピタキシャル層EP上に導電膜の不要なエッチング残りが存在すると、この導電性のエッチング残りに起因した不具合が生じる虞がある。このため、ステップS5を終了した時点で、溝TRの外部のエピタキシャル層EP上に積層膜LMを構成する導電膜CD1,CD2の不要なエッチング残りが残存するのを防止することが望ましい。従って、ステップS5cでは、若干オーバーエッチング気味に導電膜CD1,CD2をエッチングし、それによって、溝TRの外部のエピタキシャル層EP上に積層膜LMを構成する導電膜CD1,CD2の不要なエッチング残りが残存するのを防止することが好ましい。そうした場合、必然的に、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEの上面UPS1の高さと溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面UPS2の高さとが、エピタキシャル層EPの上面UPS3よりも低くなる。 If an unnecessary etching residue of the conductive film exists on the epitaxial layer EP outside the trench TR, there is a possibility that a defect due to this conductive etching residue occurs. For this reason, it is desirable to prevent an unnecessary etching residue of the conductive films CD1 and CD2 constituting the stacked film LM from remaining on the epitaxial layer EP outside the trench TR when Step S5 is completed. Therefore, in step S5c, the conductive films CD1 and CD2 are slightly over-etched, so that unnecessary etching residues of the conductive films CD1 and CD2 constituting the stacked film LM are formed on the epitaxial layer EP outside the trench TR. It is preferable to prevent it from remaining. In such a case, the height of the upper surface UPS1 of the gate electrode GE embedded in the trench TR1 and the height of the upper surface UPS2 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 are inevitably lower than the upper surface UPS3 of the epitaxial layer EP.
従って、ステップS5の後は、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEの上面UPS1は、溝TR1の外部でかつ溝TR1に隣接する領域のエピタキシャル層EPの上面UPS3よりも低い位置にあり、かつ、溝TR2内に埋め込まれた積層膜LM2の上面UPS2は、溝TR2の外部でかつ溝TR2に隣接する領域のエピタキシャル層EPの上面UPS3よりも低い位置にある。ステップS5の後は、溝TR1,TR2の外部のエピタキシャル層EPの上面UPS3上には、積層膜LMは延在していない。つまり、ステップS5の後は、ゲート電極GEに一体的に繋がっている膜(ここでは積層膜LM)は、溝TR(TR1,TR2)の内部に存在しているが、溝TR1,TR2の外部のエピタキシャル層EPの上面上には形成されていない状態となっている。従って、ステップS5の後は、ゲート電極GEおよびゲート電極GEと一体的に連続して形成されている膜は、溝TRの内部に完全に埋め込まれており、溝TRの外部の基板SUB(エピタキシャル層EP)の上面上には形成されていない。なお、エピタキシャル層EPの上面は、基板SUBの上面とみなすこともできる。 Therefore, after step S5, the upper surface UPS1 of the gate electrode GE embedded in the trench TR1 is at a position lower than the upper surface UPS3 of the epitaxial layer EP in the region outside the trench TR1 and adjacent to the trench TR1, and The upper surface UPS2 of the laminated film LM2 embedded in the trench TR2 is at a position lower than the upper surface UPS3 of the epitaxial layer EP in the region adjacent to the trench TR2 outside the trench TR2. After step S5, the laminated film LM does not extend on the upper surface UPS3 of the epitaxial layer EP outside the trenches TR1 and TR2. That is, after step S5, the film integrally connected to the gate electrode GE (here, the laminated film LM) exists inside the trench TR (TR1, TR2), but outside the trench TR1, TR2. The epitaxial layer EP is not formed on the upper surface. Therefore, after step S5, the gate electrode GE and the film formed integrally and continuously with the gate electrode GE are completely embedded in the trench TR, and the substrate SUB (epitaxial) outside the trench TR. It is not formed on the upper surface of the layer EP). Note that the upper surface of the epitaxial layer EP can also be regarded as the upper surface of the substrate SUB.
但し、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEの上面UPS1と溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面UPS2とが、エピタキシャル層Eの上面UPS3よりも距離L1だけ低くなっている場合でも、この距離L1は、後で形成されるn+型半導体領域NRの深さ(厚み)よりも小さくする。すなわち、ゲート電極GEの上面UPS1が、後で形成されるn+型半導体領域NRの底面(下面)よりも高い位置になるようにする。これにより、ゲート電極GEに所定の電圧を印加してチャネルを反転したときに、ソース用のn+型半導体領域NRとドレイン用のエピタキシャル層EPとの間に、ゲート電極GEの側面(すなわち溝TR1の側面)に沿って電流を的確に流すことができるようになる。 However, even when the upper surface UPS2 laminated films LM2 embedded in the upper surface UPS1 and grooves TR2 gate electrode GE embedded in the groove TR1 is lower by a distance L 1 from the upper surface UPS3 of the epitaxial layer E, the the distance L 1 is less than n + -type semiconductor region depth NR (thickness) to be formed later. That is, the upper surface UPS1 of the gate electrode GE is positioned higher than the bottom surface (lower surface) of the n + type semiconductor region NR that will be formed later. Accordingly, when a predetermined voltage is applied to the gate electrode GE to invert the channel, the side surface (that is, the groove) of the gate electrode GE is interposed between the source n + type semiconductor region NR and the drain epitaxial layer EP. A current can be accurately passed along the side surface of TR1.
また、溝TR2は溝TR1に繋がっているため、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM(すなわち積層膜LM2)と溝TR1に埋め込まれた積層膜LM(すなわちゲート電極GE)とは、一体的に形成されて繋がっている。つまり、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEを構成する導電膜CD1は、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2を構成する導電膜CD1と一体的に形成されて繋がっており、また、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEを構成する導電膜CD2は、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2を構成する導電膜CD2と一体的に形成されて繋がっている。また、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEにおける材料膜MTは、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2における材料膜MTと一体的に形成されて繋がっている。 In addition, since the trench TR2 is connected to the trench TR1, the laminated film LM embedded in the trench TR2 (that is, the laminated film LM2) and the laminated film LM embedded in the trench TR1 (that is, the gate electrode GE) are integrally formed. Formed and connected. That is, the conductive film CD1 constituting the gate electrode GE embedded in the trench TR1 is integrally formed with and connected to the conductive film CD1 constituting the stacked film LM2 embedded in the trench TR2. The conductive film CD2 constituting the buried gate electrode GE is formed integrally with the conductive film CD2 constituting the laminated film LM2 buried in the trench TR2. Further, the material film MT in the gate electrode GE embedded in the trench TR1 is integrally formed and connected to the material film MT in the stacked film LM2 embedded in the trench TR2.
次に、図33および図34に示されるように、基板SUBの主面に対してp型の不純物(例えばホウ素(B))をイオン注入することなどにより、p型半導体領域(p型ベース領域)PRを形成する(図8のステップS6)。p型半導体領域PRは、チャネル領域用のp型半導体領域であり、エピタキシャル層EPに形成される。p型半導体領域PRの深さ(底部の深さ位置)は、溝TR1の深さ(底部の深さ位置)よりも浅い。 Next, as shown in FIGS. 33 and 34, a p-type semiconductor region (p-type base region) is formed by ion-implanting a p-type impurity (for example, boron (B)) into the main surface of the substrate SUB. ) PR is formed (step S6 in FIG. 8). The p-type semiconductor region PR is a p-type semiconductor region for a channel region, and is formed in the epitaxial layer EP. The depth (depth position of the bottom portion) of the p-type semiconductor region PR is shallower than the depth (depth position of the bottom portion) of the trench TR1.
なお、図34は、図33と同じ工程段階の半導体装置の要部平面図であり、上記図2と同じ平面領域が示されている。図34は、平面図であるが、p型半導体領域PR形成領域を理解しやすくするために、図34では、p型半導体領域PRが形成された領域にハッチングを付してある。 FIG. 34 is a plan view of the principal part of the semiconductor device in the same process stage as FIG. 33, and shows the same plane area as FIG. 34 is a plan view, but in order to facilitate understanding of the p-type semiconductor region PR formation region, in FIG. 34, the region where the p-type semiconductor region PR is formed is hatched.
ステップS6において、エピタキシャル層EPのうち、p型不純物を注入したくない領域は、フォトレジストパターンなどのイオン注入阻止マスク(図示せず)で予め覆っておき、このイオン注入阻止マスクをマスクとして、エピタキシャル層EPにp型不純物をイオン注入すればよい。このイオン注入阻止マスクは、ステップS6のイオン注入後に除去される。 In step S6, a region of the epitaxial layer EP where the p-type impurity is not desired to be implanted is previously covered with an ion implantation blocking mask (not shown) such as a photoresist pattern, and the ion implantation blocking mask is used as a mask. A p-type impurity may be ion-implanted into the epitaxial layer EP. This ion implantation blocking mask is removed after the ion implantation in step S6.
次に、図35および図36に示されるように、基板SUBの主面に対してn型の不純物(例えばヒ素(As))をイオン注入することなどにより、n+型半導体領域(n+型ソース領域)NRを形成する(図8のステップS7)。n+型半導体領域NRは、ソース領域用のn型半導体領域であり、エピタキシャル層EPに形成される。n+型半導体領域NRの深さ(底部の深さ位置)は、p型半導体領域PRの深さ(底部の深さ位置)よりも浅い。n+型半導体領域NRの不純物濃度(n型不純物濃度)は、n−型のエピタキシャル層EPの不純物濃度(n型不純物濃度)よりも高い。 Next, as shown in FIGS. 35 and 36, an n + type semiconductor region (n + type) is formed by ion-implanting an n type impurity (for example, arsenic (As)) into the main surface of the substrate SUB. Source region) NR is formed (step S7 in FIG. 8). The n + type semiconductor region NR is an n type semiconductor region for the source region, and is formed in the epitaxial layer EP. The depth (bottom depth position) of the n + -type semiconductor region NR is shallower than the depth (bottom depth position) of the p-type semiconductor region PR. The impurity concentration (n-type impurity concentration) of the n + -type semiconductor region NR is higher than the impurity concentration (n-type impurity concentration) of the n − -type epitaxial layer EP.
なお、図36は、図35と同じ工程段階の半導体装置の要部平面図であり、上記図2と同じ平面領域が示されている。図36は、平面図であるが、n+型半導体領域NR形成領域を理解しやすくするために、図36では、p型半導体領域PRが形成されている領域とn+型半導体領域NRが形成されている領域とに、それぞれ異なる向きのハッチングを付してある。なお、図36において、n+型半導体領域NR形成領域の下には、p型半導体領域PRが存在している。 FIG. 36 is a plan view of the principal part of the semiconductor device in the same process stage as FIG. 35, and shows the same plane area as FIG. FIG. 36 is a plan view, but in order to facilitate understanding of the n + type semiconductor region NR formation region, in FIG. 36, the region where the p type semiconductor region PR is formed and the n + type semiconductor region NR are formed. Each region is hatched in a different direction. In FIG. 36, a p-type semiconductor region PR exists under the n + -type semiconductor region NR formation region.
ステップS7において、エピタキシャル層EPのうち、n型不純物を注入したくない領域は、フォトレジストパターンなどのイオン注入阻止マスク(図示せず)で予め覆っておき、このイオン注入阻止マスクをマスクとして、エピタキシャル層EPにn型不純物をイオン注入すればよい。このイオン注入阻止マスクは、ステップS7のイオン注入後に除去される。 In step S7, a region in the epitaxial layer EP where the n-type impurity is not desired to be implanted is previously covered with an ion implantation blocking mask (not shown) such as a photoresist pattern, and the ion implantation blocking mask is used as a mask. An n-type impurity may be ion-implanted into the epitaxial layer EP. This ion implantation blocking mask is removed after the ion implantation in step S7.
ステップS6,S7でp型半導体領域PR形成用のイオン注入と、n+型半導体領域NR形成用のイオン注入とを行った後、熱処理(活性化アニール)を行うこともできる。これにより、イオン注入で導入した不純物の拡散や活性化を行うことができる。 After performing ion implantation for forming the p-type semiconductor region PR and ion implantation for forming the n + -type semiconductor region NR in steps S6 and S7, heat treatment (activation annealing) can also be performed. Thereby, diffusion and activation of impurities introduced by ion implantation can be performed.
このようにして、基板SUB(エピタキシャル層EP)における溝TR1に隣接する領域に、ソース用のn+型半導体領域NRと、n+型半導体領域NRの下に位置するp型半導体領域PRとが形成される。 In this way, in the region adjacent to the trench TR1 in the substrate SUB (epitaxial layer EP), the n + type semiconductor region NR for source and the p type semiconductor region PR located under the n + type semiconductor region NR are formed. It is formed.
ステップS6,S7でエピタキシャル層EPにp型半導体領域PRおよびn+型半導体領域NRを形成すると、図35にも示されるように、p型半導体領域PRの上にp型半導体領域PRに接するようにn+型半導体領域NRが形成された状態、換言すれば、n+型半導体領域NRの下にn+型半導体領域NRに接するようにp型半導体領域PRが形成された状態となる。このため、基板SUBの厚み方向に見ると、n−型のエピタキシャル層EP上にp型半導体領域PRが形成され、p型半導体領域PR上にn+型半導体領域NRが形成された状態となる。つまり、n−型のエピタキシャル層EP上に、p型半導体領域PRおよびn+型半導体領域NRの積層構造(p型半導体領域PRとp型半導体領域PR上のn+型半導体領域NRとの積層構造)が形成された状態となる。 When the p-type semiconductor region PR and the n + -type semiconductor region NR are formed in the epitaxial layer EP in steps S6 and S7, as shown in FIG. 35, the p-type semiconductor region PR is brought into contact with the p-type semiconductor region PR. n + -type state semiconductor region NR is formed, in other words, the a state of the p-type semiconductor region PR is formed in contact with the n + -type semiconductor region NR under the n + -type semiconductor region NR. Therefore, when viewed in the thickness direction of the substrate SUB, the p-type semiconductor region PR is formed on the n − -type epitaxial layer EP, and the n + -type semiconductor region NR is formed on the p-type semiconductor region PR. . That is, on the n − type epitaxial layer EP, a stacked structure of the p type semiconductor region PR and the n + type semiconductor region NR (a stack of the p type semiconductor region PR and the n + type semiconductor region NR on the p type semiconductor region PR). (Structure) is formed.
n+型半導体領域NRは、トレンチゲート型MISFETのソース領域としての機能を有しており、ソース用の半導体領域とみなすことができ、一方、p型半導体領域PRは、トレンチゲート型MISFETのチャネル形成領域としての機能を有している。p型半導体領域PRおよびn+型半導体領域NRの積層構造は、溝TR1よりも浅く形成されるため、溝TR1は、p型半導体領域PRおよびn+型半導体領域NRの積層構造を貫通して、その下層のエピタキシャル層EP(n−型のエピタキシャル層EP)中で終端した状態となっている。 The n + type semiconductor region NR has a function as a source region of the trench gate type MISFET and can be regarded as a semiconductor region for the source, while the p type semiconductor region PR is a channel of the trench gate type MISFET. It functions as a formation region. Since the stacked structure of the p-type semiconductor region PR and the n + -type semiconductor region NR is formed shallower than the trench TR1, the trench TR1 penetrates the stacked structure of the p-type semiconductor region PR and the n + -type semiconductor region NR. In this state, it is terminated in the lower epitaxial layer EP (n − type epitaxial layer EP).
また、平面視で、溝TR1に隣接する位置に、p型半導体領域PRおよびn+型半導体領域NRの積層構造が形成されるため、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEは、絶縁膜GI(ゲート絶縁膜)を介してn+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRに隣接することになる。また、溝TR1内に埋め込まれた積層膜LM(すなわちゲート電極GE)は、MISFETのゲート電極として機能するため、溝TR1に隣接する位置にn+型半導体領域NRを設ける必要がある。一方、溝TR2内に埋め込まれた積層膜LM2は、MISFETのゲート電極として機能するわけではないので、溝TR2に隣接する位置にn+型半導体領域NRは設けない。このため、溝TR1は、平面視でn+型半導体領域NRに隣接しているが、溝TR2は、平面視でn+型半導体領域NRに隣接していない。p型半導体領域PRは、エピタキシャル層EPにおいて、溝TR1に隣接する領域だけでなく、溝TR2に隣接する領域にも設けることができる。 In addition, since the stacked structure of the p-type semiconductor region PR and the n + -type semiconductor region NR is formed at a position adjacent to the trench TR1 in plan view, the gate electrode GE embedded in the trench TR1 has the insulating film GI ( Adjacent to the n + type semiconductor region NR and the p type semiconductor region PR through the gate insulating film). Further, since the stacked film LM (that is, the gate electrode GE) embedded in the trench TR1 functions as a gate electrode of the MISFET, it is necessary to provide an n + type semiconductor region NR at a position adjacent to the trench TR1. On the other hand, since the laminated film LM2 embedded in the trench TR2 does not function as a gate electrode of the MISFET, the n + type semiconductor region NR is not provided at a position adjacent to the trench TR2. Therefore, the grooves TR1 is adjacent to the n + -type semiconductor region NR in plan view, the groove TR2 is not adjacent to the n + -type semiconductor region NR in plan view. The p-type semiconductor region PR can be provided not only in the region adjacent to the trench TR1 but also in the region adjacent to the trench TR2 in the epitaxial layer EP.
また、ここでは、p型半導体領域PRを先に形成してから、n+型半導体領域NRを形成する場合について説明したが、他の形態として、n+型半導体領域NRを先に形成してから、p型半導体領域PRを形成する(すなわちn+型半導体領域NR形成用のイオン注入を先に行ってからp型半導体領域PR形成用のイオン注入を行う)こともできる。 Here, the case where the n + type semiconductor region NR is formed after the p type semiconductor region PR is formed has been described, but as another form, the n + type semiconductor region NR is formed first. Thus, the p-type semiconductor region PR can be formed (that is, the ion implantation for forming the n + -type semiconductor region NR is performed first and then the ion implantation for forming the p-type semiconductor region PR is performed).
次に、図37に示されるように、基板SUBの主面上に、溝TR(TR1,TR2)に埋め込まれた積層膜LM(GE,LM2)を覆うように、層間絶縁膜として絶縁膜IL2を形成する(図8のステップS8)。絶縁膜IL2は、例えば酸化シリコン膜からなる。例えば、NSG(None-doped Silicate Glass)またはBPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)により、絶縁膜IL2を形成することができる。 Next, as shown in FIG. 37, an insulating film IL2 as an interlayer insulating film is formed on the main surface of the substrate SUB so as to cover the laminated film LM (GE, LM2) embedded in the trench TR (TR1, TR2). Is formed (step S8 in FIG. 8). The insulating film IL2 is made of, for example, a silicon oxide film. For example, the insulating film IL2 can be formed by NSG (None-doped Silicate Glass) or BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass).
次に、フォトレジストパターン(RP2)をエッチングマスクとして用いてエッチング(異方性エッチング)を行うことにより、図38および図39に示されるように、コンタクトホール(開口部、孔、貫通孔、接続孔)CT1,CT2を形成する(図8のステップS9)。 Next, by performing etching (anisotropic etching) using the photoresist pattern (RP2) as an etching mask, as shown in FIGS. 38 and 39, contact holes (openings, holes, through holes, connections) Holes CT1 and CT2 are formed (step S9 in FIG. 8).
なお、図39は、図38と同じ工程段階の半導体装置の要部平面図であり、上記図2と同じ平面領域が示されている。図39は、平面図であるが、コンタクトホールCT1,CT2形成領域を理解しやすくするために、図39では、コンタクトホールCT1,CT2が形成されている領域にハッチングを付してある。 39 is a plan view of the principal part of the semiconductor device in the same process step as FIG. 38, and shows the same plane area as that of FIG. FIG. 39 is a plan view, but in order to facilitate understanding of the contact hole CT1, CT2 formation region, in FIG. 39, the region where the contact holes CT1, CT2 are formed is hatched.
コンタクトホールCT1は、ソース用のコンタクトホールであり、コンタクトホールCT2は、ゲート引出用のコンタクトホールである。すなわち、コンタクトホールCT1は、ソース用(ソース接続用)のプラグPG1を埋め込むためのコンタクトホールであり、コンタクトホールCT2は、ゲート引出用のプラグPG2を埋め込むためのコンタクトホールである。 The contact hole CT1 is a source contact hole, and the contact hole CT2 is a gate lead-out contact hole. That is, the contact hole CT1 is a contact hole for embedding the source plug (PG) PG1, and the contact hole CT2 is a contact hole for embedding the gate lead plug PG2.
コンタクトホールCT1とコンタクトホールCT2とは、同工程で形成される。つまり、ステップS9において、異方性エッチングにより、ソース用のコンタクトホールCT1とゲート引出用のコンタクトホールCT2とが、同時に(同工程で)形成される。 Contact hole CT1 and contact hole CT2 are formed in the same process. That is, in step S9, the source contact hole CT1 and the gate lead-out contact hole CT2 are formed simultaneously (in the same process) by anisotropic etching.
コンタクトホールCT1は、基板SUB(エピタキシャル層EP)における溝TR1に隣接する領域に、溝TR1から離間して形成される。より特定的には、コンタクトホールCT1は、溝TR1に隣接する(すなわち隣り合う溝TR1の間の)n+型半導体領域NRに平面視で内包される位置に形成される。コンタクトホールCT1は、平面視で、溝TRと重なっていない。これは、後述のフォトレジストパターンRP2の開口部OP1が、平面視でn+型半導体領域NRに内包されるように設けられることで、実現できる。なお、コンタクトホールCT1は、平面視でn+型半導体領域NRに内包される位置に形成されるが、n+型半導体領域NRを貫通して、コンタクトホールCT1の底部がp型半導体領域PRの厚み方向の途中に位置するように形成される。すなわち、ステップS9において、コンタクトホールCT1は、絶縁膜IL2,GIおよびn+型半導体領域NRを貫通し、p型半導体領域PRに到達するように形成される。 Contact hole CT1 is formed in a region adjacent to trench TR1 in substrate SUB (epitaxial layer EP) and spaced from trench TR1. More specifically, the contact hole CT1 is formed at a position included in the n + -type semiconductor region NR adjacent to the trench TR1 (that is, between the adjacent trenches TR1) in plan view. Contact hole CT1 does not overlap groove TR in plan view. This can be realized by providing an opening OP1 of a photoresist pattern RP2 to be described later so as to be included in the n + type semiconductor region NR in a plan view. Note that the contact hole CT1 is formed at a position included in the n + type semiconductor region NR in plan view, but penetrates the n + type semiconductor region NR and the bottom of the contact hole CT1 is the p type semiconductor region PR. It is formed so as to be located in the middle of the thickness direction. That is, in step S9, the contact hole CT1 is formed so as to penetrate the insulating films IL2, GI and the n + type semiconductor region NR and reach the p type semiconductor region PR.
また、コンタクトホールCT2は、平面視で溝TR2に内包される位置に形成される。これは、後述のフォトレジストパターンRP2の開口部OP2が、平面視で溝TR2に内包されるように設けられることで、実現できる。 The contact hole CT2 is formed at a position enclosed in the trench TR2 in plan view. This can be realized by providing an opening OP2 of a photoresist pattern RP2 described later so as to be included in the trench TR2 in a plan view.
また、基板SUBにおいて、溝TR2は、上記トランジスタセル領域CE(上記図2参照)の外周を囲むように延在しているが、コンタクトホールCT2は、溝TR2に沿って延在するように形成される。このため、コンタクトホールCT2の寸法は、溝TR2の幅方向に沿った寸法よりも、溝TR2の延在向に沿った寸法の方が大きい。 In the substrate SUB, the trench TR2 extends so as to surround the outer periphery of the transistor cell region CE (see FIG. 2 above), but the contact hole CT2 is formed so as to extend along the trench TR2. Is done. For this reason, the dimension of the contact hole CT2 is larger in the dimension along the extending direction of the trench TR2 than in the dimension along the width direction of the trench TR2.
また、図39のように溝TR2に対してコンタクトホールCT2を1つ設けることができるが、図40のように、溝TR2に対してコンタクトホールCT2を複数設けることもできる。溝TR2に対してコンタクトホールCT2を複数設ける場合は、図40のように、複数のコンタクトホールCT2は、溝TR2の延在方向に沿って一列に並び、コンタクトホールCT2同士は、溝TR2の延在方向に所定距離だけ離間している。溝TR2に対して設けるコンタクトホールCT2の数を増やすほど、溝TR2の延在方向に沿ったコンタクトホールCT2の寸法が小さくなる。ここで、図40は、図38および図39と同じ工程段階における変形例の半導体装置の要部平面図である。図40は、平面図であるが、コンタクトホールCT1,CT2形成領域を理解しやすくするために、図40では、コンタクトホールCT1,CT2が形成されている領域にハッチングを付してある。 Further, one contact hole CT2 can be provided in the trench TR2 as shown in FIG. 39, but a plurality of contact holes CT2 can be provided in the trench TR2 as shown in FIG. In the case where a plurality of contact holes CT2 are provided for the trench TR2, as shown in FIG. 40, the plurality of contact holes CT2 are arranged in a line along the extending direction of the trench TR2, and the contact holes CT2 are extended from the trench TR2. They are separated by a predetermined distance in the current direction. As the number of contact holes CT2 provided for the trench TR2 is increased, the size of the contact hole CT2 along the extending direction of the trench TR2 is reduced. Here, FIG. 40 is a plan view of a principal part of a semiconductor device of a modified example in the same process stage as FIGS. FIG. 40 is a plan view, but in order to facilitate understanding of the contact hole CT1, CT2 formation region, in FIG. 40, the region where the contact holes CT1, CT2 are formed is hatched.
ステップS9は、図12に示されるステップS9a,S9b,S9cのサブステップを有している。以下に、ステップS9(S9a,S9b,S9c)の詳細について説明する。 Step S9 has substeps of steps S9a, S9b, and S9c shown in FIG. Details of step S9 (S9a, S9b, S9c) will be described below.
ステップS9においては、後述のステップS9aのエッチングに先立ち、まず、図41〜図43に示されるように、絶縁膜IL2上にフォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジストパターン(レジストパターン、マスク層)RP2を形成する。このフォトレジストパターンRP2は、コンタクトホールCT1,CT2形成予定領域に開口部OP1,OP2を有している。フォトレジストパターンRP2における開口部OP1は、コンタクトホールCT1形成予定領域に形成され、フォトレジストパターンRP2における開口部OP2は、コンタクトホールCT2形成予定領域に形成されている。すなわち、開口部OP1は、コンタクトホールCT1形成用の開口部であり、開口部OP2は、コンタクトホールCT2形成用の開口部である。開口部OP1は、溝TR1に隣接する(すなわち隣り合う溝TR1の間の)n+型半導体領域NRに平面視で内包される位置に形成されている。また、開口部OP2は、平面視で溝TR2に内包される位置に形成されている。 In step S9, prior to the etching in step S9a described later, first, as shown in FIGS. 41 to 43, a photoresist pattern (resist pattern, mask layer) RP2 is formed on the insulating film IL2 using a photolithography technique. Form. The photoresist pattern RP2 has openings OP1 and OP2 in regions where the contact holes CT1 and CT2 are to be formed. The opening OP1 in the photoresist pattern RP2 is formed in the region where the contact hole CT1 is to be formed, and the opening OP2 in the photoresist pattern RP2 is formed in the region where the contact hole CT2 is to be formed. That is, the opening OP1 is an opening for forming the contact hole CT1, and the opening OP2 is an opening for forming the contact hole CT2. The opening OP1 is formed at a position included in the n + -type semiconductor region NR adjacent to the trench TR1 (that is, between the adjacent trenches TR1) in plan view. Further, the opening OP2 is formed at a position enclosed in the groove TR2 in plan view.
フォトレジストパターンRP2を形成した後、図44〜図46に示されるように、フォトレジストパターンRP2をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜IL2をエッチングする(図12のステップS9a)。このステップS9aでは、絶縁膜IL2をエッチングして絶縁膜IL2にコンタクトホールCT1,CT2を形成し、コンタクトホールCT1の底部でエピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRとなっている部分のエピタキシャル層EP)を露出させ、コンタクトホールCT2の底部で、溝TR2に埋め込まれている積層膜LM2の導電膜CD2を露出させる。ステップS9aでは、エッチングとして、ドライエッチングを用いることが好ましく、異方性のドライエッチングであれば、より好ましい。 After forming the photoresist pattern RP2, as shown in FIGS. 44 to 46, the insulating film IL2 is etched using the photoresist pattern RP2 as an etching mask (step S9a in FIG. 12). In this step S9a, the insulating film IL2 is etched to form contact holes CT1 and CT2 in the insulating film IL2, and the epitaxial layer EP (a portion of the epitaxial layer EP that becomes the n + type semiconductor region NR is formed at the bottom of the contact hole CT1). And the conductive film CD2 of the laminated film LM2 embedded in the trench TR2 is exposed at the bottom of the contact hole CT2. In step S9a, dry etching is preferably used as etching, and anisotropic dry etching is more preferable.
ステップS9aでは、絶縁膜IL2,GIの各エッチング速度が、導電膜CD2およびn+型半導体領域NR(n+型半導体領域NRになっている部分のエピタキシャル層EP)の各エッチング速度よりも大きく(速く)なるような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。 In step S9a, the etching rates of the insulating films IL2 and GI are higher than the etching rates of the conductive film CD2 and the n + type semiconductor region NR (the epitaxial layer EP in the portion that is the n + type semiconductor region NR) ( Etching is performed under conditions (etching conditions) that are faster.
このステップS9aでは、フォトレジストパターンRP2の開口部OP1から露出する絶縁膜IL2およびその下部の絶縁膜GIをエッチングにより除去し、かつ、フォトレジストパターンRP2の開口部OP2から露出する絶縁膜IL2をエッチングにより除去する。これにより、フォトレジストパターンRP2の開口部OP1に整合するように絶縁膜IL2,GIにコンタクトホールCT1が形成され、フォトレジストパターンRP2の開口部OP2に整合するように絶縁膜IL2にコンタクトホールCT2が形成される。 In this step S9a, the insulating film IL2 exposed from the opening OP1 of the photoresist pattern RP2 and the insulating film GI therebelow are removed by etching, and the insulating film IL2 exposed from the opening OP2 of the photoresist pattern RP2 is etched. Remove with. As a result, the contact hole CT1 is formed in the insulating films IL2 and GI so as to be aligned with the opening OP1 of the photoresist pattern RP2, and the contact hole CT2 is formed in the insulating film IL2 so as to be aligned with the opening OP2 of the photoresist pattern RP2. It is formed.
上記ステップS8では、n+型半導体領域NR上に絶縁膜GIが残存している状態で、絶縁膜IL2を形成することで、n+型半導体領域NR上では、絶縁膜GI上に絶縁膜IL2が形成される。そして、フォトレジストパターンRP2の開口部OP1は、n+型半導体領域NRに平面視で内包される位置に設けられている。このため、ステップS9aでは、フォトレジストパターンRP2の開口部OP1から露出する絶縁膜IL2およびその下部の絶縁膜GIが除去され、コンタクトホールCT1は絶縁膜IL2および絶縁膜GIを貫通して、コンタクトホールCT1の底部でn+型半導体領域NRが露出されることになる。 In step S8, the insulating film GI is formed in a state where the insulating film GI remains on the n + type semiconductor region NR, whereby the insulating film IL2 is formed on the insulating film GI on the n + type semiconductor region NR. Is formed. The opening OP1 of the photoresist pattern RP2 is provided at a position included in the n + type semiconductor region NR in plan view. For this reason, in step S9a, the insulating film IL2 exposed from the opening OP1 of the photoresist pattern RP2 and the insulating film GI therebelow are removed, and the contact hole CT1 penetrates the insulating film IL2 and the insulating film GI to form a contact hole. The n + type semiconductor region NR is exposed at the bottom of CT1.
また、ステップS8では、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2上に絶縁膜IL2が形成される。そして、フォトレジストパターンRP2の開口部OP2は、溝TR2に平面視で内包される位置に設けられている。このため、ステップS9aでは、フォトレジストパターンRP2の開口部OP2から露出する絶縁膜IL2が除去され、コンタクトホールCT2は絶縁膜IL2を貫通して、コンタクトホールCT2の底部では、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2が露出されることになる。但し、ステップS9aでは、コンタクトホールCT2の底部から、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2のうちの導電膜CD2が露出されるが、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2のうちの導電膜CD1は露出されないようにする。つまり、コンタクトホールCT2の底部から、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2のうちの導電膜CD2が露出されるが、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2のうちの導電膜CD1は露出されないように、コンタクトホールCT2の位置および形状を設定する(従ってフォトレジストパターンRP2における開口部OP2の位置および形状を設定する)。これは、フォトレジストパターンRP2の開口部OP2が、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面(UPS2)で露出する部分の導電膜CD2に平面視で内包される位置となるように、フォトレジストパターンRP2を形成しておくことで、実現できる。これにより、ステップS9aでは、フォトレジストパターンRP2の開口部OP2から露出する絶縁膜IL2が除去され、コンタクトホールCT2の底部では、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2のうちの導電膜CD2が露出される(導電膜CD1は露出されない)ことになる。 In step S8, the insulating film IL2 is formed over the stacked film LM2 embedded in the trench TR2. The opening OP2 of the photoresist pattern RP2 is provided at a position included in the trench TR2 in plan view. Therefore, in step S9a, the insulating film IL2 exposed from the opening OP2 of the photoresist pattern RP2 is removed, and the contact hole CT2 penetrates the insulating film IL2 and is buried in the trench TR2 at the bottom of the contact hole CT2. The laminated film LM2 is exposed. However, in step S9a, the conductive film CD2 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 is exposed from the bottom of the contact hole CT2, but the conductive film CD1 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 is exposed. Avoid exposure. That is, the conductive film CD2 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 is exposed from the bottom of the contact hole CT2, but the conductive film CD1 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 is not exposed. Then, the position and shape of the contact hole CT2 are set (thus setting the position and shape of the opening OP2 in the photoresist pattern RP2). This is because the opening OP2 of the photoresist pattern RP2 is positioned so as to be included in the portion of the conductive film CD2 exposed on the upper surface (UPS2) of the multilayer film LM2 embedded in the trench TR2 in plan view. This can be realized by forming the pattern RP2. Thereby, in step S9a, the insulating film IL2 exposed from the opening OP2 of the photoresist pattern RP2 is removed, and the conductive film CD2 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 is exposed at the bottom of the contact hole CT2. (The conductive film CD1 is not exposed).
従って、ステップS9aのエッチングにより、コンタクトホールCT1の底部ではn+型半導体領域NR(n+型半導体領域NRになっている部分のエピタキシャル層EP)が露出され、コンタクトホールCT2の底部では、溝TR2に埋め込まれている積層膜LM2における導電膜CD2が露出される。ステップS9aでは、導電膜CD2およびn+型半導体領域NRのエッチング速度が絶縁膜IL2,GIのエッチング速度よりも小さく(遅く)なるようなエッチング条件を用いることで、コンタクトホールCT1の底部のn+型半導体領域NRとコンタクトホールCT2の底部の導電膜CD2とが過剰にエッチングされるのを抑制または防止することができる。 Therefore, the etching step S9a, the bottom of the contact hole CT1 is exposed n + -type semiconductor region NR (n + -type semiconductor region epitaxial layer of which parts become NR EP), in the bottom of the contact hole CT2, grooves TR2 The conductive film CD2 in the laminated film LM2 embedded in is exposed. In step S9a, by using etching conditions such that the etching rate of the conductive film CD2 and the n + type semiconductor region NR is smaller (slower) than the etching rate of the insulating films IL2 and GI, n + at the bottom of the contact hole CT1 is used. Excessive etching of the type semiconductor region NR and the conductive film CD2 at the bottom of the contact hole CT2 can be suppressed or prevented.
なお、上記ステップS8で、n+型半導体領域NR上に絶縁膜GIが残存している状態で絶縁膜IL2を形成した場合には、コンタクトホールCT1を形成するためには、絶縁膜IL2だけでなく絶縁膜GIもエッチングすることになり、一方、コンタクトホールCT2を形成するためには、絶縁膜IL2をエッチングするが、絶縁膜GIをエッチングする必要はない。 If the insulating film IL2 is formed with the insulating film GI remaining on the n + type semiconductor region NR in step S8, only the insulating film IL2 is used to form the contact hole CT1. However, the insulating film GI is also etched. On the other hand, in order to form the contact hole CT2, the insulating film IL2 is etched, but it is not necessary to etch the insulating film GI.
次に、図47〜図49に示されるように、ステップS9aによりコンタクトホールCT1,CT2の底部で露出したエピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)と導電膜CD2とをエッチングする(図12のステップS9b)。このステップS9bでは、コンタクトホールCT1から露出するエピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)をエッチングし、かつ、コンタクトホールCT2から露出する積層膜LM2の導電膜CD2をエッチングして、コンタクトホールCT2から材料膜MTを露出させる。ステップS9bでは、エッチングとして、ドライエッチングを用いることが好ましく、異方性のドライエッチングであれば、より好ましい。 Next, as shown in FIGS. 47 to 49, the epitaxial layer EP (the epitaxial layer EP that is the n + type semiconductor region NR or the p type semiconductor region PR) exposed at the bottom of the contact holes CT1 and CT2 in step S9a. ) And the conductive film CD2 are etched (step S9b in FIG. 12). In this step S9b, the epitaxial layer EP exposed from the contact hole CT1 (epitaxial layer EP serving as the n + -type semiconductor region NR and the p-type semiconductor region PR) is etched, and the laminated film LM2 exposed from the contact hole CT2 The conductive film CD2 is etched to expose the material film MT from the contact hole CT2. In step S9b, dry etching is preferably used as etching, and anisotropic dry etching is more preferable.
ステップS9bでは、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)と導電膜CD2との各エッチング速度が、材料膜MTのエッチング速度よりも大きく(速く)なるような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。換言すれば、ステップS9bでは、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)と導電膜CD2との各エッチング速度よりも、材料膜MTのエッチング速度が小さく(遅く)なるような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。つまり、ステップS9bでは、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)および導電膜CD2に比べて、材料膜MTがエッチングされにくいような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。 In step S9b, the etching rate of the epitaxial layer EP (epitaxial layer EP that is the n + type semiconductor region NR or p type semiconductor region PR) and the conductive film CD2 is larger (faster) than the etching rate of the material film MT. Etching is performed under such conditions (etching conditions). In other words, in step S9b, the etching rate of the material film MT is higher than the etching rates of the epitaxial layer EP (epitaxial layer EP that is the n + -type semiconductor region NR or the p-type semiconductor region PR) and the conductive film CD2. Etching is performed under conditions (etching conditions) that reduce (slow) the film thickness. In other words, in step S9b, the material film MT is less likely to be etched (etching) than the epitaxial layer EP (epitaxial layer EP that is the n + -type semiconductor region NR or the p-type semiconductor region PR) and the conductive film CD2. Etching is performed under (Condition).
例えば、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRを含む)が単結晶シリコンからなり、導電膜CD2がポリシリコンからなり、材料膜MTが酸化シリコンからなる場合は、単結晶シリコンおよびポリシリコンのエッチング速度が、酸化シリコンのエッチング速度よりも大きく(速く)なるような条件(エッチング条件)で、ステップS9bのエッチングを行う。つまり、この場合、シリコン(単結晶シリコンおよびポリシリコン)と酸化シリコンとのエッチング選択比が大きくなるような条件(エッチング条件)で、ステップS9bのエッチングを行うことが好ましい。これにより、ゲート引出用のコンタクトホールCT2を形成する際に、エッチングストッパ(エッチングマスク)の役目をする酸化シリコン膜(材料膜MT)の効果を増大させることができる。なお、エッチング条件には、使用するエッチングガスの種類や流量の選択なども含まれ得る。 For example, when the epitaxial layer EP (including the n + -type semiconductor region NR and the p-type semiconductor region PR) is made of single crystal silicon, the conductive film CD2 is made of polysilicon, and the material film MT is made of silicon oxide, the single crystal Etching in step S9b is performed under conditions (etching conditions) such that the etching rate of silicon and polysilicon is greater (faster) than the etching rate of silicon oxide. That is, in this case, it is preferable to perform the etching in step S9b under conditions (etching conditions) that increase the etching selection ratio between silicon (single crystal silicon and polysilicon) and silicon oxide. As a result, the effect of the silicon oxide film (material film MT) serving as an etching stopper (etching mask) can be increased when the contact hole CT2 for extracting the gate is formed. Note that the etching conditions may include selection of the type and flow rate of the etching gas to be used.
このステップS9bでは、コンタクトホールCT1の底部で露出しているエピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)をエッチングすることで、コンタクトホールCT1がn+型半導体領域NRを貫通して、コンタクトホールCT1の底部がp型半導体領域PRの厚み方向の途中に位置するようにする。すなわち、ステップS9bでは、コンタクトホールCT1がn+型半導体領域NRを貫通して、コンタクトホールCT1の底部がp型半導体領域PRの厚み方向(深さ方向)の途中に位置するようになるまで、エッチングを継続する。 In this step S9b, the epitaxial layer EP exposed at the bottom of the contact hole CT1 (epitaxial layer EP that is an n + -type semiconductor region NR or a p-type semiconductor region PR) is etched, so that the contact hole CT1 becomes n The bottom of the contact hole CT1 is positioned in the middle of the thickness direction of the p-type semiconductor region PR through the + -type semiconductor region NR. That is, in step S9b, until the contact hole CT1 penetrates the n + type semiconductor region NR and the bottom of the contact hole CT1 is located in the middle of the thickness direction (depth direction) of the p type semiconductor region PR, Continue etching.
また、ステップS9bでは、コンタクトホールCT2の底部で露出している導電膜CD2もエッチングされることで、コンタクトホールCT2の底部で材料膜MTが露出されるが、この材料膜MTがエッチングストッパとして機能する。つまり、ステップS9bでは、導電膜CD2に比べて材料膜MTがエッチングされにくい条件(エッチング条件)でエッチングを行うため、材料膜MTがエッチングストッパ膜として機能することができる。ステップS9bのエッチングを行うと、コンタクトホールCT2から材料膜MTが露出されるが、この材料膜MTがエッチングストッパ膜として機能することで、導電膜CD1は露出されない。 In step S9b, the conductive film CD2 exposed at the bottom of the contact hole CT2 is also etched, so that the material film MT is exposed at the bottom of the contact hole CT2. This material film MT functions as an etching stopper. To do. That is, in step S9b, the material film MT can function as an etching stopper film because etching is performed under conditions (etching conditions) in which the material film MT is less likely to be etched than the conductive film CD2. When the etching in step S9b is performed, the material film MT is exposed from the contact hole CT2, but the conductive film CD1 is not exposed because the material film MT functions as an etching stopper film.
ステップS9a,S9bを行うと、コンタクトホールCT1に比べてコンタクトホールCT2の方が、エッチングが先行しやすい。すなわち、本実施の形態とは異なり、もし積層膜LM2中に材料膜MTが無い場合は、ステップS9bを終了した段階で、コンタクトホールCT1の底部よりも、コンタクトホールCT2の底部の方が深くなる。これは、以下の理由によるものである。 When Steps S9a and S9b are performed, the contact hole CT2 is more likely to be etched earlier than the contact hole CT1. That is, unlike the present embodiment, if there is no material film MT in the laminated film LM2, the bottom of the contact hole CT2 becomes deeper than the bottom of the contact hole CT1 when step S9b is completed. . This is due to the following reason.
まず、コンタクトホールCT1形成時には絶縁膜GIをエッチングするのに対して、コンタクトホールCT2形成時には絶縁膜GIをエッチングしていないため、絶縁膜GIのエッチングの有無の分、ステップS9aでは、コンタクトホールCT1の底部のn+型半導体領域NRに比べて、コンタクトホールCT2の底部の導電膜CD2の方が、オーバーエッチング量が多くなりやすい。また、上述したように、ステップS9を行う前の段階で、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面の高さ位置は、n+型半導体領域NRとなっている部分のエピタキシャル層EPの上面の高さ位置よりも、低い位置にある。また、ポリシリコン膜(導電膜CD2)は、単結晶シリコン層(n+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PR)に比べて、エッチング速度が大きく(速く)なりやすいため、単結晶シリコン層とポリシリコン膜とを同じエッチング時間だけエッチングすると、単結晶シリコン層に比べて、ポリシリコン膜の方が、深い位置までエッチングされることになる。このため、ステップS9a,S9bを行うと、コンタクトホールCT1に比べてコンタクトホールCT2の方が、エッチングが先行しやすい。 First, the insulating film GI is etched when the contact hole CT1 is formed, whereas the insulating film GI is not etched when the contact hole CT2 is formed. Therefore, in step S9a, the contact hole CT1 is determined depending on whether or not the insulating film GI is etched. Compared with the n + type semiconductor region NR at the bottom of the contact hole CT2, the conductive film CD2 at the bottom of the contact hole CT2 tends to have a larger amount of overetching. Further, as described above, the height position of the upper surface of the laminated film LM2 embedded in the trench TR2 before the step S9 is the upper surface of the portion of the epitaxial layer EP that is the n + type semiconductor region NR. It is in a position lower than the height position. Further, since the polysilicon film (conductive film CD2) is likely to have a higher (faster) etching rate than the single crystal silicon layer (n + type semiconductor region NR and p type semiconductor region PR), When the polysilicon film is etched for the same etching time, the polysilicon film is etched to a deeper position than the single crystal silicon layer. For this reason, when steps S9a and S9b are performed, the contact hole CT2 is more likely to be etched earlier than the contact hole CT1.
しかしながら、本実施の形態では、ステップS9bにおいて、コンタクトホールCT2から露出する導電膜CD2がエッチングされてコンタクトホールCT2から材料膜MTが露出されると、この材料膜MTがエッチングストッパとして機能することができるため、ステップS9bでコンタクトホールCT2から導電膜CD1が露出されるのを防止できる。また、ステップS9bにおいて、導電膜CD2に続いて材料膜MTがエッチングされることで、たとえコンタクトホールCT2から導電膜CD1が露出されたとしても、材料膜MTのエッチングに時間を要した分、導電膜CD1が過剰にエッチングされるのを防止することができる。 However, in this embodiment, when the conductive film CD2 exposed from the contact hole CT2 is etched and the material film MT is exposed from the contact hole CT2 in step S9b, the material film MT may function as an etching stopper. Therefore, it is possible to prevent the conductive film CD1 from being exposed from the contact hole CT2 in step S9b. In step S9b, the material film MT is etched subsequent to the conductive film CD2, so that even if the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2, the time required for etching the material film MT is reduced. It is possible to prevent the film CD1 from being excessively etched.
次に、図50〜図52に示されるように、ステップS9bによりコンタクトホールCT2から露出した材料膜MTを、エッチングにより除去する(図12のステップS9c)。このステップS9cでは、コンタクトホールCT2から露出する材料膜MTをエッチングして、コンタクトホールCT2から導電膜CD1を露出させる。 Next, as shown in FIGS. 50 to 52, the material film MT exposed from the contact hole CT2 in step S9b is removed by etching (step S9c in FIG. 12). In this step S9c, the material film MT exposed from the contact hole CT2 is etched to expose the conductive film CD1 from the contact hole CT2.
ステップS9cのエッチングは、材料膜MTのエッチング速度が、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)と導電膜CD1との各エッチング速度よりも大きく(速く)なるような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。換言すれば、ステップS9cのエッチングは、材料膜MTのエッチング速度よりも、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)と導電膜CD1との各エッチング速度が小さく(遅く)なるような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。つまり、ステップS9cでは、材料膜MTに比べて、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRやp型半導体領域PRになっているエピタキシャル層EP)および導電膜CD1がエッチングされにくいような条件(エッチング条件)で、エッチングを行う。 In the etching of step S9c, the etching rate of the material film MT is higher than the etching rates of the epitaxial layer EP (epitaxial layer EP that is the n + type semiconductor region NR or the p type semiconductor region PR) and the conductive film CD1. Etching is performed under conditions (etching conditions) such that (fast). In other words, the etching in step S9c is performed with respect to each of the epitaxial layer EP (epitaxial layer EP that is the n + -type semiconductor region NR or the p-type semiconductor region PR) and the conductive film CD1 rather than the etching rate of the material film MT. Etching is performed under conditions (etching conditions) that reduce (slow) the etching rate. That is, in step S9c, the epitaxial layer EP (epitaxial layer EP that is the n + -type semiconductor region NR or the p-type semiconductor region PR) and the conductive film CD1 are less likely to be etched than the material film MT (etching). Etching is performed under (Condition).
例えば、エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRを含む)が単結晶シリコンからなり、導電膜CD1がポリシリコンからなり、材料膜MTが酸化シリコンからなる場合は、単結晶シリコンおよびポリシリコンのエッチング速度よりも、酸化シリコンのエッチング速度が大きく(速く)なるような条件(エッチング条件)で、ステップS9cのエッチングを行う。つまり、この場合、酸化シリコンとシリコン(単結晶シリコンおよびポリシリコン)とのエッチング選択比が大きくなるような条件(エッチング条件)で、ステップS9cのエッチングを行うことが好ましい。これにより、コンタクトホールCT2から露出した材料膜MTをステップS9cで除去できるとともに、材料膜MTを除去したことでコンタクトホールCT2から露出する導電膜CD1や、コンタクトホールCT1から露出しているn+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRが、エッチングされるのを抑制または防止することができる。 For example, when the epitaxial layer EP (including the n + -type semiconductor region NR and the p-type semiconductor region PR) is made of single crystal silicon, the conductive film CD1 is made of polysilicon, and the material film MT is made of silicon oxide, the single crystal is formed. Etching in step S9c is performed under conditions (etching conditions) such that the etching rate of silicon oxide is higher (faster) than the etching rate of silicon and polysilicon. That is, in this case, it is preferable to perform the etching in step S9c under conditions (etching conditions) that increase the etching selectivity between silicon oxide and silicon (single crystal silicon and polysilicon). Thus, the material film MT exposed from the contact hole CT2 can be removed in step S9c, and the conductive film CD1 exposed from the contact hole CT2 and the n + type exposed from the contact hole CT1 by removing the material film MT. It is possible to suppress or prevent the semiconductor region NR and the p-type semiconductor region PR from being etched.
ステップS9cのエッチングは、ウェットエッチングが好ましい。エピタキシャル層EP(n+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRを含む)が単結晶シリコンからなり、導電膜CD1がポリシリコンからなり、材料膜MTが酸化シリコンからなる場合は、ステップS9cのエッチングとして、フッ酸の水溶液を用いたウェットエッチングを好適に用いることができる。 The etching in step S9c is preferably wet etching. When the epitaxial layer EP (including the n + -type semiconductor region NR and the p-type semiconductor region PR) is made of single crystal silicon, the conductive film CD1 is made of polysilicon, and the material film MT is made of silicon oxide, etching in step S9c is performed. As such, wet etching using an aqueous solution of hydrofluoric acid can be suitably used.
なお、材料膜MTとしては、導電膜CD1,CD2に対するエッチング選択比を確保できる材料を用いることが好ましく、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜は好適であり、特に好ましいのは酸化シリコン膜である。 Note that as the material film MT, a material that can ensure an etching selectivity with respect to the conductive films CD1 and CD2 is preferably used, and a silicon oxide film or a silicon nitride film is preferable, and a silicon oxide film is particularly preferable.
また、ステップS9cのエッチングは、後述のステップS10におけるバリア導体膜BRの成膜工程の前処理用のウェットエッチング(ウェット洗浄)として行うこともできる。この場合、コンタクトホールCT1,CT2から露出するシリコン領域(n+型半導体領域NR、p型半導体領域PR、導電膜CD2)に自然酸化膜が形成されてしまった場合は、その自然酸化膜もステップS9cで材料膜MTと同時に除去することができ、自然酸化膜を除去した清浄なシリコン面上にバリア導体膜BRを成膜することができる。また、この場合、製造工程数を抑制することができる。ステップS9cは、ステップS9a,9bを行った後で、かつ後述のステップS10(特にバリア導体膜BR成膜工程)を行う前に行えばよい。 The etching in step S9c can also be performed as wet etching (wet cleaning) for pre-processing in the film forming process of the barrier conductor film BR in step S10 described later. In this case, if a natural oxide film is formed in the silicon regions (n + type semiconductor region NR, p type semiconductor region PR, conductive film CD2) exposed from the contact holes CT1 and CT2, the natural oxide film is also stepped. In S9c, the material film MT can be removed at the same time, and the barrier conductor film BR can be formed on the clean silicon surface from which the natural oxide film has been removed. In this case, the number of manufacturing steps can be suppressed. Step S9c may be performed after performing steps S9a and 9b and before performing later-described step S10 (particularly, the barrier conductor film BR film forming step).
コンタクトホールCT2から露出した材料膜MTをステップS9cで除去したことで、コンタクトホールCT2から導電膜CD1が露出される。このステップS9cでは、材料膜MTに比べて導電膜CD1がエッチングされにくいエッチング条件(材料膜MTが酸化シリコン膜で導電膜CD1がポリシリコン膜の場合はフッ酸水溶液によるウェットエッチング)でエッチングを行うため、コンタクトホールCT2から導電膜CD1が露出しても、この導電膜CD1がエッチングされるのを抑制または防止することができる。このため、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIは導電膜CD1で覆われた状態が維持され、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIは露出されない。コンタクトホールCT2から溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが露出されないため、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIは、コンタクトホールCT2形成のためのエッチングでダメージを受けることがない。 By removing the material film MT exposed from the contact hole CT2 in step S9c, the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2. In this step S9c, etching is performed under etching conditions that make the conductive film CD1 difficult to be etched compared to the material film MT (wet etching using a hydrofluoric acid aqueous solution when the material film MT is a silicon oxide film and the conductive film CD1 is a polysilicon film). Therefore, even if the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2, it is possible to suppress or prevent the conductive film CD1 from being etched. For this reason, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is kept covered with the conductive film CD1, and the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is not exposed from the contact hole CT2. Since the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is not exposed from the contact hole CT2, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is damaged by the etching for forming the contact hole CT2. There is no.
また、ステップS9cでは、材料膜MTに比べて導電膜CD1がエッチングされにくいエッチング条件でエッチングを行うが、より好ましくは、材料膜MTに比べて導電膜CD1,CD2がエッチングされにくいエッチング条件でエッチングを行う。これにより、ステップS9cにおいて、導電膜CD1がエッチングされるのを抑制または防止できるのに加えて、導電膜CD2がエッチングされるのも抑制または防止できる。 In step S9c, the etching is performed under the etching conditions in which the conductive film CD1 is less likely to be etched than in the material film MT. More preferably, the etching is performed in the etching conditions in which the conductive films CD1 and CD2 are less likely to be etched than in the material film MT. I do. Thereby, in addition to suppressing or preventing the conductive film CD1 from being etched in step S9c, etching of the conductive film CD2 can also be suppressed or prevented.
フォトレジストパターンRP2は、ステップS9cのエッチング工程の後でかつ後述のステップS10の前に(すなわちバリア導体膜BRの成膜工程の前に)除去するか、あるいは、ステップS9bのエッチング工程の後でかつステップS9cのエッチング工程前に除去する。ステップS9cをウェットエッチングで行う場合は、ステップS9bの後でかつステップS9cの前に、フォトレジストパターンRP2を除去することが好ましい。 The photoresist pattern RP2 is removed after the etching process in step S9c and before step S10 described later (that is, before the film forming process of the barrier conductor film BR), or after the etching process in step S9b. And it removes before the etching process of step S9c. When step S9c is performed by wet etching, it is preferable to remove the photoresist pattern RP2 after step S9b and before step S9c.
また、ステップS9cのエッチングを、バリア導体膜BRの成膜工程の前処理用のウェットエッチング(ウェット洗浄)として行う場合は、ステップS9bの後でフォトレジストパターンRP2を除去し、その後、バリア導体膜BRの成膜工程の前処理用のウェットエッチングを兼ねたステップS9cを行ってから、バリア導体膜BRの成膜工程を行うことが好ましい。 Further, when the etching in step S9c is performed as wet etching (wet cleaning) for pretreatment in the film forming process of the barrier conductor film BR, the photoresist pattern RP2 is removed after step S9b, and then the barrier conductor film It is preferable to perform the barrier conductor film BR film formation step after performing step S9c which also serves as pre-treatment wet etching for the BR film formation step.
このようにして、コンタクトホールCT1,CT2が形成される。 In this way, contact holes CT1 and CT2 are formed.
本実施の形態では、ステップS9bでは、材料膜MTをエッチングストッパ膜として機能させてコンタクトホールCT2から導電膜CD1が露出する前に(すなわちコンタクトホールCT2から材料膜MTが露出するが導電膜CD1は露出しない段階で)ステップS9bのエッチングを終了する場合について説明した。材料膜MTの膜厚(ステップS4bでの材料膜MTの形成膜厚)は、エッチングストッパ膜(エッチングマスク)としての役目に適した膜厚に設定される。ステップS9bでコンタクトホールCT2において材料膜MTを残す(導電膜CD1を露出させない)場合は、上記ステップS4で積層膜LMを形成したときの材料膜MTの膜厚を、ステップS9bにおけるコンタクトホールCT2での材料膜MTのエッチング量(エッチング厚み)よりも厚くしておけばよい。ステップS9bでコンタクトホールCT2において材料膜MTが残る(すなわち導電膜CD1が露出しない)ように材料膜MTの膜厚(ステップS4bでの材料膜MTの形成膜厚)を厚めに設定した場合は、ステップS9bでコンタクトホールCT2から露出した材料膜MTは、ステップS9cのエッチングにより除去する必要がある。このステップS9cの材料膜MTの除去工程を、後で行うステップS10におけるバリア導体膜BRの形成工程(具体的にはスパッタリングによるバリア導体膜BRの成膜工程)の前処理としてのウェットエッチングと同工程として行い、このウェットエッチングで自然酸化膜の除去と同時に材料膜MTも除去すれば、製造工程数を抑制できるため、より好ましい。 In the present embodiment, in step S9b, before the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2 by causing the material film MT to function as an etching stopper film (that is, the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2). The case has been described where the etching in step S9b is terminated (when not exposed). The film thickness of the material film MT (the film thickness of the material film MT formed in step S4b) is set to a film thickness suitable for serving as an etching stopper film (etching mask). When the material film MT is left in the contact hole CT2 in step S9b (the conductive film CD1 is not exposed), the film thickness of the material film MT when the stacked film LM is formed in step S4 is set in the contact hole CT2 in step S9b. It is sufficient to make it thicker than the etching amount (etching thickness) of the material film MT. When the film thickness of the material film MT (the film thickness of the material film MT formed in step S4b) is set to be thick so that the material film MT remains in the contact hole CT2 in step S9b (that is, the conductive film CD1 is not exposed) The material film MT exposed from the contact hole CT2 in step S9b needs to be removed by etching in step S9c. The removal process of the material film MT in step S9c is the same as the wet etching as a pre-process of the barrier conductor film BR formation process (specifically, the film formation process of the barrier conductor film BR by sputtering) in the subsequent step S10. It is more preferable to perform the process and remove the material film MT simultaneously with the removal of the natural oxide film by this wet etching because the number of manufacturing processes can be suppressed.
他の形態として、ステップS9bのエッチングで、コンタクトホールCT2において導電膜CD2に続いて材料膜MTもエッチング(ドライエッチング)して、コンタクトホールCT2から導電膜CD1を露出させることも可能である。この場合、上記ステップS4で積層膜LMを形成したときの材料膜MTの膜厚を、ステップS9bにおけるコンタクトホールCT2での材料膜MTのエッチング量(エッチング厚み)以下にしておくことになる。この場合、ステップS9bにおいては、コンタクトホールCT2から露出する導電膜CD2をエッチングして除去するだけでなく、導電膜CD2を除去することで露出した材料膜MTもエッチングして除去し、コンタクトホールCT2から導電膜CD1が露出した段階(状態)で、ステップS9bのエッチングが終了することになる。つまり、ステップS9bでコンタクトホールCT2において材料膜MTが若干オーバーエッチングされて導電膜CD1が露出するように、材料膜MTの膜厚(ステップS4bでの材料膜MTの形成膜厚)を予め薄めに設定しておき、ステップS9bのエッチング(エッチバック)でコンタクトホールCT2から露出した材料膜MTが完全に除去される(すなわち導電膜CD1が露出する)ようにする。この場合も、ステップS9bのエッチングは、導電膜CD1,CD2に比べて材料膜MTがエッチングされにくいエッチング条件で行われる。このため、ステップS9bで、コンタクトホールCT2から導電膜CD1を露出させた場合でも、材料膜MTのエッチングに時間を要する分、材料膜MTを設けていない場合(すなわち積層膜LMが材料膜MTを有していなかった場合)に比べて、コンタクトホールCT2から露出される導電膜CD1のエッチング量(エッチング厚み)を抑制することができる。従って、ステップS9bで、コンタクトホールCT2から導電膜CD1を露出させた場合でも、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIは、導電膜CD1で覆われた状態が維持され、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが露出されないようにすることができる。コンタクトホールCT2から溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが露出されないため、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが、コンタクトホールCT2形成のためのエッチングでダメージを受けないようにすることができる。 As another form, the conductive film CD1 can be exposed from the contact hole CT2 by etching (dry etching) the material film MT after the conductive film CD2 in the contact hole CT2 by the etching in step S9b. In this case, the film thickness of the material film MT when the stacked film LM is formed in step S4 is set to be equal to or less than the etching amount (etching thickness) of the material film MT in the contact hole CT2 in step S9b. In this case, in step S9b, not only the conductive film CD2 exposed from the contact hole CT2 is removed by etching, but also the material film MT exposed by removing the conductive film CD2 is removed by etching, so that the contact hole CT2 is removed. At the stage (state) where the conductive film CD1 is exposed, the etching in step S9b is completed. That is, the thickness of the material film MT (the thickness of the material film MT formed in step S4b) is thinned in advance so that the material film MT is slightly over-etched in the contact hole CT2 in step S9b to expose the conductive film CD1. The material film MT exposed from the contact hole CT2 is completely removed (that is, the conductive film CD1 is exposed) by the etching (etchback) in step S9b. Also in this case, the etching in step S9b is performed under etching conditions in which the material film MT is less likely to be etched than the conductive films CD1 and CD2. Therefore, even when the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2 in step S9b, the material film MT is not provided because the etching of the material film MT takes time (that is, the stacked film LM does not form the material film MT). The etching amount (etching thickness) of the conductive film CD1 exposed from the contact hole CT2 can be suppressed as compared with the case of not having it. Therefore, even when the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2 in step S9b, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is kept covered with the conductive film CD1, and the contact hole CT2 Thus, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 can be prevented from being exposed. Since the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is not exposed from the contact hole CT2, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is not damaged by the etching for forming the contact hole CT2. Can be.
ステップS9bで、コンタクトホールCT2から導電膜CD1を露出させた場合は、ステップS9cの材料膜MTの除去工程を行わなくともよく、製造工程数の低減に有利である。すなわち、ステップS9bで、コンタクトホールCT2において材料膜MTを除去して導電膜CD1を露出させた場合は、ステップS9bの後、ステップS9cの材料膜MTの除去工程を行うことなく、そのまま次工程(後述のステップS10におけるバリア導体膜BR形成工程)に進むことができる。 When the conductive film CD1 is exposed from the contact hole CT2 in step S9b, the material film MT removal process in step S9c does not have to be performed, which is advantageous in reducing the number of manufacturing processes. That is, in step S9b, when the material film MT is removed in the contact hole CT2 to expose the conductive film CD1, the subsequent process (step S9b is performed without performing the material film MT removal process in step S9c). The process can proceed to a barrier conductor film BR forming step in step S10 described later.
なお、上記他の形態として説明した、ステップS9bのエッチングでコンタクトホールCT2において導電膜CD2に続いて材料膜MTもエッチングして導電膜CD1を露出させる場合は、ステップS9bとステップS9cとを連続した(一貫した)ドライエッチング工程として行う場合に対応している。 Note that, when the conductive film CD1 is exposed by etching the conductive film CD2 after the conductive film CD2 in the contact hole CT2 by the etching in step S9b, which is described as another embodiment, the steps S9b and S9c are continuously performed. It corresponds to the case where it is performed as a (consistent) dry etching process.
一方、ステップS9bでコンタクトホールCT2から材料膜MTを露出させるが導電膜CD1を露出させない場合は、ステップS9cでコンタクトホールCT2から露出する材料膜MTを除去する必要があるが、このステップS9cは材料膜MTよりも導電膜CD1がエッチングされにくいエッチング条件を採用することができる。このため、ステップS9を終了した段階で、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが導電膜CD1でより確実に覆われるようになり、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが露出されるのを、より確実に防止することができる。従って、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが、コンタクトホールCT2形成のためのエッチングでダメージを受けるのを、より確実に防止することができる。 On the other hand, when the material film MT is exposed from the contact hole CT2 in step S9b but the conductive film CD1 is not exposed, it is necessary to remove the material film MT exposed from the contact hole CT2 in step S9c. Etching conditions in which the conductive film CD1 is less likely to be etched than the film MT can be employed. For this reason, when step S9 is completed, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is more reliably covered with the conductive film CD1, and the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 from the contact hole CT2. ) Can be more reliably prevented from being exposed. Therefore, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 can be more reliably prevented from being damaged by the etching for forming the contact hole CT2.
また、ステップS9cのエッチング工程の後でかつ後述のステップS10の前か、あるいは、ステップS9bのエッチング工程の後でかつ後述のステップS10の前に、コンタクトホールCT1の底部のp型半導体領域PRに、p型不純物をイオン注入することもできる。これにより、後で形成するプラグPG1とp型半導体領域PRとのコンタクト抵抗を低減することができる。 Further, after the etching process of step S9c and before step S10 described later, or after the etching process of step S9b and before step S10 described later, the p-type semiconductor region PR at the bottom of the contact hole CT1 is formed. A p-type impurity can also be ion-implanted. Thereby, the contact resistance between the plug PG1 to be formed later and the p-type semiconductor region PR can be reduced.
ステップS9でコンタクトホールCT1,CT2を形成した後、コンタクトホールCT1,CT2内に、導電体部(接続用導体部)として、導電性のプラグPGを形成する(図8のステップS10)。ステップS10において、プラグPGは、次のようにして形成することができる。 After forming the contact holes CT1 and CT2 in step S9, conductive plugs PG are formed in the contact holes CT1 and CT2 as conductor portions (connecting conductor portions) (step S10 in FIG. 8). In step S10, the plug PG can be formed as follows.
すなわち、まず、図53に示されるように、コンタクトホールCT1,CT2の内面(底面および側面)を含む絶縁膜IL2上に、バリア導体膜(バリアメタル膜)BRを形成(成膜)する。バリア導体膜BRは、スパッタリング法などにより形成することができ、例えば、チタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、あるいはそれらの積層膜からなる。それから、このバリア導体膜BR上に主導体膜MC1をコンタクトホールCT1,CT2を埋めるように形成する。主導体膜MC1は、タングステン膜などからなり、CVD法などを用いて形成することができる。バリア導体膜BRおよび主導体膜MC1を形成することで、コンタクトホールCT1,CT2は、バリア導体膜BRおよび主導体膜MC1により充填された状態となる。バリア導体膜BRおよび主導体膜MC1を形成した後、図54に示されるように、絶縁膜IL2上の不要な主導体膜MC1をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグPGを形成することができる。プラグPGは、コンタクトホールCT1,CT2内に残存する(埋め込まれた)バリア導体膜BRおよび主導体膜MC1からなる。 That is, first, as shown in FIG. 53, a barrier conductor film (barrier metal film) BR is formed (deposited) on the insulating film IL2 including the inner surfaces (bottom surface and side surfaces) of the contact holes CT1 and CT2. The barrier conductor film BR can be formed by sputtering or the like, and is made of, for example, a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, or a laminated film thereof. Then, the main conductor film MC1 is formed on the barrier conductor film BR so as to fill the contact holes CT1 and CT2. The main conductor film MC1 is made of a tungsten film or the like and can be formed using a CVD method or the like. By forming the barrier conductor film BR and the main conductor film MC1, the contact holes CT1 and CT2 are filled with the barrier conductor film BR and the main conductor film MC1. After the formation of the barrier conductor film BR and the main conductor film MC1, as shown in FIG. 54, the unnecessary main conductor film MC1 on the insulating film IL2 is subjected to a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or etch back. By removing by a method or the like, the plug PG can be formed. The plug PG is composed of a barrier conductor film BR and a main conductor film MC1 remaining (embedded) in the contact holes CT1 and CT2.
なお、図54では、主導体膜MC1のCMP処理またはエッチバック処理する際に、絶縁膜IL2の上面上にバリア導体膜BRを残存させる場合について図示してある。この場合、コンタクトホールCT1,CT2の外部の主導体膜MC1をCMP処理またはエッチバック処理する際に、絶縁膜IL2の上面上のバリア導体膜BRを、CMP処理またはエッチバック処理のストッパ膜として機能させることができる。他の形態として、コンタクトホールCT1,CT2の外部の主導体膜MC1をCMP処理またはエッチバック処理する際に、コンタクトホールCT1,CT2の外部のバリア導体膜BRも除去して絶縁膜IL2の上面を露出させることも可能である。 FIG. 54 illustrates the case where the barrier conductor film BR is left on the upper surface of the insulating film IL2 when the main conductor film MC1 is subjected to the CMP process or the etch back process. In this case, when the main conductor film MC1 outside the contact holes CT1 and CT2 is subjected to the CMP process or the etch back process, the barrier conductor film BR on the upper surface of the insulating film IL2 functions as a stopper film for the CMP process or the etch back process. Can be made. As another form, when the main conductor film MC1 outside the contact holes CT1 and CT2 is subjected to the CMP process or the etch back process, the barrier conductor film BR outside the contact holes CT1 and CT2 is also removed, and the upper surface of the insulating film IL2 is formed. It is also possible to expose.
プラグPGのうち、コンタクトホールCT1に埋め込まれたプラグPGを、符号PG1を付してプラグPG1と称し、コンタクトホールCT2に埋め込まれたプラグPGを、符号PG2を付してプラグPG2と称することとする。コンタクトホールCT1に埋め込まれたプラグPG1は、ソース用のプラグ(ソースプラグ)PG1であり、コンタクトホールCT2に埋め込まれたプラグPG2は、ゲート引出用のプラグ(ゲートプラグ、ゲート用プラグ)PG2である。コンタクトホールCT1に埋め込まれたプラグPG1は、n+型半導体領域NRおよびp型半導体領域PRに接して電気的に接続されている。コンタクトホールCT2に埋め込まれたプラグPG2は、溝TR2内の導電膜CD1に接して電気的に接続されている。このため、プラグPG2は、導電膜CD1を介してゲート電極GEに電気的に接続されている。 Of the plugs PG, the plug PG embedded in the contact hole CT1 is referred to as a plug PG1 with a reference numeral PG1, and the plug PG embedded in the contact hole CT2 is referred to as a plug PG2 with a reference numeral PG2. To do. The plug PG1 embedded in the contact hole CT1 is a source plug (source plug) PG1, and the plug PG2 embedded in the contact hole CT2 is a gate lead plug (gate plug, gate plug) PG2. . The plug PG1 embedded in the contact hole CT1 is in contact with and electrically connected to the n + type semiconductor region NR and the p type semiconductor region PR. The plug PG2 embedded in the contact hole CT2 is in contact with and electrically connected to the conductive film CD1 in the trench TR2. For this reason, the plug PG2 is electrically connected to the gate electrode GE via the conductive film CD1.
また、上述のように、溝TR2の側面(側壁)がテーパ(傾斜)を有している場合には、溝TR2内の部分のコンタクトホールCT2にもテーパ(傾斜)を設けることができるため、コンタクトホールCT2に対する主導体膜MC1の埋め込み性を向上させることができる。 Further, as described above, when the side surface (side wall) of the trench TR2 has a taper (inclination), the contact hole CT2 in the portion in the trench TR2 can also be provided with a taper (inclination). The embedding property of the main conductor film MC1 in the contact hole CT2 can be improved.
次に、配線M1を形成する(図9のステップS11)。ステップS11において、配線M1は、次のようにして形成することができる。 Next, the wiring M1 is formed (step S11 in FIG. 9). In step S11, the wiring M1 can be formed as follows.
すなわち、まず、図55に示されるように、基板SUBの主面上に、すなわちプラグPGが埋め込まれた絶縁膜IL2上(絶縁膜IL2上にバリア導体膜BRを残存させている場合はバリア導体膜BR上)に、配線用の導電体膜MC2を形成する。導電体膜MC2は、例えばアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を主体とする金属膜であり、スパッタリング法などにより形成することができる。それから、図56および図57に示されるように、導電体膜MC2をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることにより、配線M1を形成する。配線M1は、パターニングされた主導体膜MC1からなる。絶縁膜IL2上にバリア導体膜BRを残存させた状態で導電体膜MC2を形成していた場合は、導電体膜MC2とその下のバリア導体膜BRとの積層膜がパターニングされるため、配線M1は、パターニングされた、主導体膜MC1とその下のバリア導体膜BRとの積層膜からなる。 That is, as shown in FIG. 55, first, on the main surface of the substrate SUB, that is, on the insulating film IL2 in which the plug PG is embedded (if the barrier conductor film BR is left on the insulating film IL2, the barrier conductor A conductor film MC2 for wiring is formed on the film BR). The conductor film MC2 is a metal film mainly composed of, for example, an aluminum film or an aluminum alloy film, and can be formed by a sputtering method or the like. Then, as shown in FIGS. 56 and 57, the conductor film MC2 is patterned by using the photolithography technique and the etching technique, thereby forming the wiring M1. The wiring M1 is made of a patterned main conductor film MC1. In the case where the conductor film MC2 is formed with the barrier conductor film BR remaining on the insulating film IL2, the laminated film of the conductor film MC2 and the barrier conductor film BR therebelow is patterned. M1 is formed of a laminated film of a patterned main conductor film MC1 and a barrier conductor film BR below it.
配線M1のうちのソース用配線M1Sは、プラグPG1を介して、n+型半導体領域NRおよびp+型半導体領域PRと電気的に接続される。また、配線M1のうちのゲート用配線M1Gは、プラグPG2を介して、溝TR2内の導電膜CD1に電気的に接続される。 The source wiring M1S of the wiring M1 is electrically connected to the n + type semiconductor region NR and the p + type semiconductor region PR via the plug PG1. In addition, the gate wiring M1G of the wiring M1 is electrically connected to the conductive film CD1 in the trench TR2 through the plug PG2.
溝TR1と溝TR2とは繋がっているため、溝TR1内の導電膜CD1と溝TR2内の導電膜CD1とは、一体的に形成されて繋がっている。すなわち、導電膜CD1は、溝TR1から溝TR2にかけて連続的に延在した状態となっている。このため、溝TR2で導電膜CD1にプラグPG2が接触して接続されることで、溝TR1に埋め込まれたゲート電極GEを構成する導電膜CD1(すなわち溝TR1内の導電膜CD1)は、溝TR1から溝TR2にかけて延在する導電膜CD1を通じてプラグPG2に電気的に接続されることになる。これにより、ゲート電極GEをプラグPG2を通じて、ゲート用配線M1Gに引き出すことができる。 Since the trench TR1 and the trench TR2 are connected, the conductive film CD1 in the trench TR1 and the conductive film CD1 in the trench TR2 are integrally formed and connected. That is, the conductive film CD1 continuously extends from the trench TR1 to the trench TR2. Therefore, the plug PG2 is in contact with and connected to the conductive film CD1 in the trench TR2, so that the conductive film CD1 constituting the gate electrode GE embedded in the trench TR1 (that is, the conductive film CD1 in the trench TR1) It is electrically connected to the plug PG2 through the conductive film CD1 extending from TR1 to the trench TR2. Thereby, the gate electrode GE can be drawn out to the gate wiring M1G through the plug PG2.
また、図57からも分かるように、導電膜CD2と導電膜CD1とは、プラグPG2を介して電気的に接続される。これは、溝TR2と溝TR1との連結部を通りかつ溝TR1の延在方向に沿った断面(図57の断面に対応)で見ると、コンタクトホールCT2の側面で導電膜CD2の一部が露出してプラグPG2と接するためである。つまり、導電膜CD2と導電膜CD1とは、間に材料膜MTが介在しているため、直接的には接していないが、プラグPG2は導電膜CD2と導電膜CD1との両方に接しているので、導電膜CD2と導電膜CD1とは、プラグPG2を介して電気的に接続されることになる。このため、ゲート電極GEを構成する導電膜CD1と導電膜CD2も、互いに電気的に接続された状態になる。 Further, as can be seen from FIG. 57, the conductive film CD2 and the conductive film CD1 are electrically connected via the plug PG2. This is because a part of the conductive film CD2 is seen on the side surface of the contact hole CT2 when viewed in a cross section (corresponding to the cross section of FIG. 57) passing through the connecting portion between the trench TR2 and the trench TR1 and extending in the extending direction of the trench TR1. This is because it is exposed and contacts the plug PG2. That is, the conductive film CD2 and the conductive film CD1 are not in direct contact with each other because the material film MT is interposed therebetween, but the plug PG2 is in contact with both the conductive film CD2 and the conductive film CD1. Therefore, the conductive film CD2 and the conductive film CD1 are electrically connected via the plug PG2. For this reason, the conductive film CD1 and the conductive film CD2 constituting the gate electrode GE are also electrically connected to each other.
このため、ゲート電極GEを構成する導電膜CD1が溝TR1から溝TR2に連続的に延在して溝TR2でプラグPG2に電気的に接続されるとともに、ゲート電極GEを構成する導電膜CD2も、溝TR1から溝TR2に連続的に延在して溝TR2でプラグPG2に電気的に接続されることになる。従って、ゲート電極GE(を構成する導電膜CD1,CD2)を、プラグPG2で溝TR2の上方に引き出して、ゲート用配線M1Gに接続することができる。 For this reason, the conductive film CD1 constituting the gate electrode GE continuously extends from the trench TR1 to the trench TR2 and is electrically connected to the plug PG2 through the trench TR2, and the conductive film CD2 constituting the gate electrode GE is also electrically connected. The groove TR1 continuously extends from the groove TR1 and is electrically connected to the plug PG2 through the groove TR2. Therefore, the gate electrode GE (conducting conductive films CD1, CD2) can be pulled out above the trench TR2 by the plug PG2 and connected to the gate wiring M1G.
導電膜CD2が導電膜CD1と電気的に接続されていない場合であっても、ゲート電極GEを構成する導電膜CD1がトレンチゲート型MISFETのゲート電極として機能できるが、導電膜CD2が導電膜CD1と電気的に接続されていれば、ゲート電極GEを構成する導電膜CD1と導電膜CD2とが電気的に接続された状態となり、ゲート電極GEの抵抗を低減できるため、より好ましい。 Even when the conductive film CD2 is not electrically connected to the conductive film CD1, the conductive film CD1 constituting the gate electrode GE can function as the gate electrode of the trench gate type MISFET, but the conductive film CD2 is the conductive film CD1. Is electrically connected to the conductive film CD1 and the conductive film CD2 constituting the gate electrode GE, and the resistance of the gate electrode GE can be reduced, which is more preferable.
また、ここでは、プラグPGと配線M1とを別々に形成する場合について説明した。他の形態として、プラグPGと配線M1とを一体的に形成することもできる。この場合、図58に示されるように、バリア導体膜BRの形成後、基板SUBの主面上に(すなわちバリア導体膜BR上に)、コンタクトホールCT1,CT2を埋めるように、導電体膜(例えばアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を主体とする金属膜)MC3を形成する。それから、図59に示されるように、導電体膜MC3とその下のバリア導体膜BRとをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターン化することにより、プラグPGと一体化された配線M1を形成する。この場合は、プラグPGが配線M1の一部で形成された状態(すなわちプラグPGが配線M1と一体的に形成された状態)となる。つまり、ソース用のプラグPG1がソース用配線M1Sと一体的に形成され、かつ、ゲート引出用のプラグPG2がゲート用配線M1Gと一体的に形成された状態となる。なお、プラグPGと配線M1とを一体的に形成する場合、基板SUBの主面上に(すなわちバリア導体膜BR上に)コンタクトホールCT1,CT2を埋めるように、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を主体とする導電体膜(MC3)を形成する際には、高温・リフロースパッタ法などを好適に用いることができる。 Here, the case where the plug PG and the wiring M1 are formed separately has been described. As another form, the plug PG and the wiring M1 can be integrally formed. In this case, as shown in FIG. 58, after the formation of the barrier conductor film BR, a conductor film (on the main surface of the substrate SUB (that is, on the barrier conductor film BR) is embedded so as to fill the contact holes CT1 and CT2. For example, a metal film MC3 mainly composed of an aluminum film or an aluminum alloy film is formed. Then, as shown in FIG. 59, the conductor film MC3 and the underlying barrier conductor film BR are patterned using a photolithography technique and an etching technique, thereby forming a wiring M1 integrated with the plug PG. To do. In this case, the plug PG is formed as a part of the wiring M1 (that is, the plug PG is formed integrally with the wiring M1). That is, the source plug PG1 is formed integrally with the source wiring M1S, and the gate lead-out plug PG2 is formed integrally with the gate wiring M1G. When the plug PG and the wiring M1 are integrally formed, an aluminum film or an aluminum alloy film is mainly used so as to fill the contact holes CT1 and CT2 on the main surface of the substrate SUB (that is, on the barrier conductor film BR). When the conductor film (MC3) is formed, a high-temperature / reflow sputtering method or the like can be preferably used.
次に、図60に示されるように、基板SUBの主面上に、すなわち絶縁膜IL2上に、配線M1を覆うように、絶縁膜IL3を形成する。絶縁膜IL3は、例えば、窒化シリコン膜、あるいはポリイミド系の樹脂膜などからなり、表面保護のために形成する(図9のステップS12)。 Next, as shown in FIG. 60, an insulating film IL3 is formed on the main surface of the substrate SUB, that is, on the insulating film IL2, so as to cover the wiring M1. The insulating film IL3 is made of, for example, a silicon nitride film or a polyimide resin film, and is formed for surface protection (step S12 in FIG. 9).
次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて絶縁膜IL3をパターニングし、配線M1の一部が露出するような開口部OP3を絶縁膜IL3に形成することで、ボンディングパッド(パッド電極)を形成する(図9のステップS13)。 Next, the insulating film IL3 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique, and an opening OP3 that exposes a part of the wiring M1 is formed in the insulating film IL3, thereby forming a bonding pad (pad electrode). (Step S13 in FIG. 9).
絶縁膜IL3の開口部OP3(図60および上記図1の両方で図示されている)から露出するソース用配線M1Sが、ソース用のボンディングパッドとなり、絶縁膜IL3の開口部OP3(図60では図示していないが、上記図1では図示されている)から露出するゲート用配線M1Gが、ゲート用のボンディングパッドとなる。 The source wiring M1S exposed from the opening OP3 of the insulating film IL3 (shown in both FIG. 60 and FIG. 1) serves as a source bonding pad, and the opening OP3 of the insulating film IL3 (FIG. Although not shown, the gate wiring M1G exposed from (shown in FIG. 1) serves as a gate bonding pad.
また、開口部OP3から露出する配線M1の表面(すなわちボンディングパッドの表面)上には、メッキ法などで更に金属層(図示せず)を形成する場合もある。この金属層は、例えば、下から順に形成された銅(Cu)膜とニッケル(Ni)膜と金(Au)膜との積層膜や、あるいは、下から順に形成されたチタン(Ti)膜とニッケル(Ni)膜と金(Au)膜との積層膜などからなる。この金属層を形成したことにより、下地のアルミニウム(配線M1)の表面の酸化を抑制または防止することができる。 Further, a metal layer (not shown) may be further formed by plating or the like on the surface of the wiring M1 exposed from the opening OP3 (that is, the surface of the bonding pad). This metal layer is, for example, a laminated film of a copper (Cu) film, a nickel (Ni) film, and a gold (Au) film formed in order from the bottom, or a titanium (Ti) film formed in order from the bottom. It consists of a laminated film of a nickel (Ni) film and a gold (Au) film. By forming this metal layer, oxidation of the surface of the underlying aluminum (wiring M1) can be suppressed or prevented.
次に、基板SUBの裏面(エピタキシャル層EPを形成した側とは逆側の基板SUBの主面、すなわちエピタキシャル層EPを形成した側とは逆側の基板本体SBの裏面)を研削または研磨して、基板SUBの厚みを薄くする。その後、図61に示されるように、基板SUBの裏面(基板本体SBの裏面)全体に金属層を蒸着法などによって被着することにより、裏面電極(裏面ドレイン電極)BEを形成する(図9のステップS14)。 Next, the back surface of the substrate SUB (the main surface of the substrate SUB opposite to the side where the epitaxial layer EP is formed, that is, the back surface of the substrate body SB opposite to the side where the epitaxial layer EP is formed) is ground or polished. Thus, the thickness of the substrate SUB is reduced. Then, as shown in FIG. 61, a metal layer is deposited on the entire back surface of the substrate SUB (back surface of the substrate body SB) by vapor deposition or the like, thereby forming a back electrode (back surface drain electrode) BE (FIG. 9). Step S14).
裏面電極BEは、トレンチゲート型のMISFETのドレインに電気的に接続されており、ドレイン電極(ドレイン用裏面電極)として機能することができる。基板本体SBおよびエピタキシャル層EPは、トレンチ型ゲート構造を有する縦型のMISFETのドレイン領域としての機能を有している。裏面電極BEは、例えば、基板SUBの裏面から順にチタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層の積層膜により形成することができる。 The back electrode BE is electrically connected to the drain of the trench gate type MISFET, and can function as a drain electrode (a drain back electrode). The substrate body SB and the epitaxial layer EP have a function as a drain region of a vertical MISFET having a trench gate structure. The back electrode BE can be formed by, for example, a laminated film of a titanium (Ti) layer, a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer in order from the back surface of the substrate SUB.
このようにして、本実施の形態の半導体装置が製造される。その後、基板SUBをダイシングなどによって分割(分離、切断)することにより、基板SUBから個々の半導体チップ(半導体装置)が取得される。 In this way, the semiconductor device of the present embodiment is manufactured. Thereafter, the substrate SUB is divided (separated and cut) by dicing or the like, whereby individual semiconductor chips (semiconductor devices) are obtained from the substrate SUB.
<検討例について>
基板にトレンチゲート型のMISFETを形成する場合、基板に形成した溝にゲート電極を埋め込むが、この埋め込み型のゲート電極を基板上に引き出して配線に接続する必要がある。この手法の一つを、図62を参照して説明する。図62は、溝に埋め込まれたゲート電極を基板上に引き出して配線に接続する手法を説明するための断面図である。
<About study example>
When a trench gate type MISFET is formed on a substrate, a gate electrode is embedded in a groove formed in the substrate. However, the embedded gate electrode needs to be drawn on the substrate and connected to a wiring. One of these methods will be described with reference to FIG. FIG. 62 is a cross-sectional view for explaining a method of drawing a gate electrode embedded in a groove onto a substrate and connecting it to a wiring.
図62に示されるように、基板(半導体基板)SUB101に溝TR101が設けられ、この溝TR101に埋め込まれたゲート電極と一体的に形成されているゲート引出用の導電膜部GE101を溝TR101の外部の基板SUB101上にも延在させる。なお、ゲート電極はゲート絶縁膜用の絶縁膜GI101を介して溝TR101に埋め込まれており、ゲート引出用の導電膜部GE101と基板SUB101との間にも、この絶縁膜GI101が介在している。また、図62では、簡略化のために、基板SUB101に形成されている半導体領域の図示を省略している。基板SUB101上には、ゲート電極およびゲート引出用の導電膜部GE101を覆うように絶縁膜IL102が形成されており、この絶縁膜IL102において、ゲート引出用の導電膜部GE101上にコンタクトホールCT102を形成してプラグPG102を埋め込む。このプラグPG102を介して、配線とゲート引出用の導電膜部GE101とを接続する。これにより、ゲート電極を引き出して配線に接続することができる。 As shown in FIG. 62, a trench (TR101) is provided in a substrate (semiconductor substrate) SUB101, and a conductive film portion GE101 for gate extraction formed integrally with a gate electrode embedded in the trench TR101 is formed in the trench TR101. It extends also on the external substrate SUB101. Note that the gate electrode is buried in the trench TR101 via the insulating film GI101 for the gate insulating film, and the insulating film GI101 is also interposed between the conductive film portion GE101 for extracting the gate and the substrate SUB101. . Further, in FIG. 62, for simplification, illustration of the semiconductor region formed in the substrate SUB101 is omitted. An insulating film IL102 is formed on the substrate SUB101 so as to cover the gate electrode and the conductive film portion GE101 for extracting the gate. In the insulating film IL102, the contact hole CT102 is formed on the conductive film portion GE101 for extracting the gate. Form and embed plug PG102. Via the plug PG102, the wiring and the conductive film portion GE101 for leading the gate are connected. Thereby, the gate electrode can be drawn out and connected to the wiring.
しかしながら、図62の手法では、ゲート引出用の導電膜部GE101が、溝TR101の上部の開口端部を乗り越えるように延在することになるが、ゲート電極およびゲート引出用の導電膜部GE101と基板SUB101(溝TR101の内面を含む)との間に形成されているゲート絶縁膜用の絶縁膜GI101が、溝TR101の上角部(開口端部)RG101で局所的に薄くなってしまう。このため、絶縁膜GI101が局所的に薄くなっている箇所(上角部RG101)で、ゲート電極およびゲート引出用の導電膜部GE101と基板SUB101との間の耐圧(ゲート耐圧)が低下してしまう。これは、ゲートリーク電流の増加の要因となる。また、ゲート引出用の導電膜部GE101が基板SUB101上に延在している分、半導体装置の平面寸法の増大につながるため、半導体装置の小型化(小面積化)に不利となる。 However, in the method shown in FIG. 62, the conductive film portion GE101 for extracting the gate extends so as to get over the opening end of the upper portion of the trench TR101. However, the conductive film portion GE101 for extracting the gate electrode and the gate The insulating film GI101 for the gate insulating film formed between the substrate SUB101 (including the inner surface of the trench TR101) is locally thinned at the upper corner (opening end) RG101 of the trench TR101. For this reason, the breakdown voltage (gate breakdown voltage) between the substrate SUB101 and the conductive film portion GE101 for extracting the gate electrode and the gate is reduced at the portion where the insulating film GI101 is locally thin (upper corner portion RG101). End up. This causes an increase in gate leakage current. Further, since the conductive film portion GE101 for extracting the gate extends on the substrate SUB101, the planar dimension of the semiconductor device is increased, which is disadvantageous for downsizing (smaller area) of the semiconductor device.
そこで、溝に埋め込まれたゲート電極を基板上に引き出して配線に接続する手法の他の一つとして、溝から直上に引き出す手法がある。本発明者は、この手法について検討しており、本実施の形態および以下の検討例(図63〜図69)は、この手法に属している。 Therefore, as another method of pulling out the gate electrode embedded in the groove on the substrate and connecting it to the wiring, there is a method of pulling out directly from the groove. The inventor is examining this technique, and the present embodiment and the following examination examples (FIGS. 63 to 69) belong to this technique.
ゲート引出用の導電膜部を基板上に延在させる図62の手法に比べて、溝に埋め込まれたゲート電極を溝の直上に引き出す手法(本実施の形態および以下の検討例)は、ゲート絶縁膜用の絶縁膜が局所的に薄くなりやすい溝の上角部(溝の開口端部)を経由せずにゲート電極を引き出せるため、溝の上角部でのゲート耐圧の低下が生じず、ゲートリーク電流を低減できるという利点がある。また、ゲート引出用の導電膜部を基板上に延在させなくて済む分、半導体装置の平面寸法を縮小できるため、半導体装置の小型化(小面積化)を図ることができる。また、同じチップ面積であれば、能動領域面積(トレンチゲート型MISFETのセルを配置した領域の面積)を増加させることができる。 Compared with the method of FIG. 62 in which the conductive film portion for extracting the gate is extended on the substrate, the method of extracting the gate electrode embedded in the groove directly above the groove (this embodiment and the following examination example) The gate electrode can be pulled out without going through the upper corner (groove opening end) of the groove where the insulating film for the insulating film is likely to become thin locally, so the gate breakdown voltage does not decrease at the upper corner of the groove. There is an advantage that the gate leakage current can be reduced. In addition, since the planar dimension of the semiconductor device can be reduced as long as the conductive film portion for extracting the gate does not need to extend on the substrate, the semiconductor device can be downsized (smaller in area). Further, if the chip area is the same, the active area area (area of the area where the trench gate type MISFET cells are arranged) can be increased.
しかしながら、本発明者が検討したところ、溝に埋め込まれたゲート電極を溝の直上に引き出す手法においても、半導体装置の信頼性を確保するには、種々の工夫をする必要があることが分かった。これについて、本発明者が検討した検討例を参照して説明する。 However, as a result of studies by the present inventors, it has been found that various techniques are required to ensure the reliability of the semiconductor device even in the method of pulling out the gate electrode embedded in the groove directly above the groove. . This will be described with reference to a study example studied by the present inventors.
図63〜図69は、本発明者が検討した検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図63〜図69のうち、図63〜図67は、上記図5に相当する断面が示され、図68および図69は、上記図6に相当する断面が示されている。図63〜図69の検討例では、上記積層膜LMの代わりに、単層のポリシリコン膜(ドープトポリシリコン膜)CD201を用いている。 63 to 69 are cross-sectional views of the main part in the manufacturing process of the semiconductor device of the examination example examined by the present inventors. 63 to 67, a cross section corresponding to FIG. 5 is shown, and FIGS. 68 and 69 show a cross section corresponding to FIG. 63 to 69, a single-layer polysilicon film (doped polysilicon film) CD201 is used instead of the laminated film LM.
検討例の半導体装置の製造工程では、上記図19に相当する図63の構造を得た後、図64に示されるように、基板SUB201の主面(主面全面)上に、溝TR201,TR202内を埋めるように、単層のポリシリコン膜(ドープトポリシリコン膜)CD201を形成する。なお、基板SUB201は上記基板SUBに相当するものであり、基板本体SB201は上記基板本体SBに相当するものであり、エピタキシャル層EP201は上記エピタキシャル層EPに相当するものであり、溝TR201は上記溝TR1に相当するものであり,溝TR202は上記溝TR2に相当するものであり、絶縁膜GI201は上記絶縁膜GIに相当するものである。
In the manufacturing process of the semiconductor device of the examination example, after obtaining the structure of FIG. 63 corresponding to FIG. 19, the trenches TR201 and TR202 are formed on the main surface (entire main surface) of the substrate SUB201 as shown in FIG. A single-layer polysilicon film (doped polysilicon film) CD201 is formed so as to fill the inside. The substrate SUB201 corresponds to the substrate SUB, the substrate body SB201 corresponds to the substrate body SB, the epitaxial layer EP201 corresponds to the epitaxial layer EP, and the groove TR201 corresponds to the
それから、図65に示されるように、ポリシリコン膜CD201を異方性エッチング(エッチバック)することで、溝TR201,TR202の外部のポリシリコン膜CD201を除去し、溝TR201,TR202内にポリシリコン膜CD201を残す。溝TR201内にはポリシリコン膜CD201からなるゲート電極GE201が埋め込まれ、溝TR202にはポリシリコン膜CD201が埋め込まれた状態となる。以下では、溝TR202内に残存して埋め込まれたポリシリコン膜CD201を、ポリシリコン膜CD201aと称することとする。 Then, as shown in FIG. 65, the polysilicon film CD201 is anisotropically etched (etched back) to remove the polysilicon film CD201 outside the trenches TR201 and TR202, and the polysilicon in the trenches TR201 and TR202 is removed. Leave film CD201. The gate electrode GE201 made of the polysilicon film CD201 is buried in the trench TR201, and the polysilicon film CD201 is buried in the trench TR202. Hereinafter, the polysilicon film CD201 remaining and buried in the trench TR202 is referred to as a polysilicon film CD201a.
それから、図66に示されるように、イオン注入により、上記p型半導体領域PRに相当するp型半導体領域PR201を形成し、また、上記n+型半導体領域NRに相当するn+型半導体領域NR201を形成する。 Then, as shown in FIG. 66, by ion implantation to form a p-type semiconductor region PR201 corresponding to the p-type semiconductor region PR, also, n + -type semiconductor region NR201 corresponding to the n + -type semiconductor region NR Form.
それから、基板SUBの主面上に、上記絶縁膜IL2に相当する絶縁膜IL202を形成する。 Then, an insulating film IL202 corresponding to the insulating film IL2 is formed on the main surface of the substrate SUB.
それから、図67および図68に示されるように、絶縁膜IL202上に上記フォトレジストパターンRP2に相当するフォトレジストパターンRP202を形成する。フォトレジストパターンRP202は、コンタクトホールCT201形成用の開口部OP201と、コンタクトホールCT202形成用の開口部OP202とを有している。 Then, as shown in FIGS. 67 and 68, a photoresist pattern RP202 corresponding to the photoresist pattern RP2 is formed on the insulating film IL202. The photoresist pattern RP202 has an opening OP201 for forming the contact hole CT201 and an opening OP202 for forming the contact hole CT202.
それから、フォトレジストパターンRP202をエッチングマスクとして用いて異方性エッチングを行うことにより、コンタクトホールCT201,CT202を形成する。コンタクトホールCT201は、上記コンタクトホールCT1に相当するものであり、コンタクトホールCT201がn+型半導体領域NR201を貫通して、コンタクトホールCT201の底部がp型半導体領域PR201の厚み方向の途中に位置するように形成される。コンタクトホールCT202は、ゲート引出用のコンタクトホールであり、溝TR202に平面視で内包される位置に形成される。 Then, contact holes CT201 and CT202 are formed by performing anisotropic etching using the photoresist pattern RP202 as an etching mask. The contact hole CT201 corresponds to the contact hole CT1, and the contact hole CT201 passes through the n + type semiconductor region NR201, and the bottom of the contact hole CT201 is located in the middle of the thickness direction of the p type semiconductor region PR201. Formed as follows. Contact hole CT202 is a contact hole for leading a gate, and is formed at a position enclosed in trench TR202 in plan view.
コンタクトホールCT201,CT202形成後、図69に示されるように、コンタクトホールCT201,CT202内に上記プラグPG1,PG2に相当するプラグPG201,PG202を形成する。その後、上記ソース用配線M1Sおよびゲート用配線M1Gに相当するもの、上記絶縁膜IL3に相当するもの、および上記裏面電極BEに相当するものを形成するが、ここではその図示は省略する。このようにして、検討例の半導体装置が製造される。 After the contact holes CT201 and CT202 are formed, plugs PG201 and PG202 corresponding to the plugs PG1 and PG2 are formed in the contact holes CT201 and CT202 as shown in FIG. Thereafter, the wiring corresponding to the source wiring M1S and the gate wiring M1G, the wiring corresponding to the insulating film IL3, and the wiring corresponding to the back electrode BE are formed, but illustration thereof is omitted here. In this way, the semiconductor device of the study example is manufactured.
このような検討例の半導体装置の製造工程について、コンタクトホールCT201,CT202形成工程に着目する。 With regard to the manufacturing process of the semiconductor device of such a study example, attention is focused on the contact hole CT201 and CT202 formation process.
ソース用のコンタクトホールCT201を形成する領域では、コンタクトホールCT201は、絶縁膜IL202および絶縁膜GI201を貫通した後、n+型半導体領域NR201を貫通してp型半導体領域PR201の途中までエッチングが進行し、コンタクトホールCT201の底部がp型半導体領域PR201の深さ方向の途中に位置した段階でエッチングが終了する。つまり、このような深さのコンタクトホールCT201が形成されるように、コンタクトホールCT201,CT202形成工程のエッチング時間を設定する。 In the region where the source contact hole CT201 is to be formed, the contact hole CT201 penetrates through the insulating film IL202 and the insulating film GI201, and then proceeds through the n + type semiconductor region NR201 to the middle of the p type semiconductor region PR201. Then, the etching is completed when the bottom of the contact hole CT201 is located in the middle of the depth direction of the p-type semiconductor region PR201. That is, the etching time of the contact hole CT201, CT202 formation process is set so that the contact hole CT201 having such a depth is formed.
一方、ゲート引出用のコンタクトホールCT202を形成する領域では、絶縁膜IL202を貫通した後、溝TR202に埋め込まれているポリシリコン膜CD201aがエッチングされる。コンタクトホールCT201とコンタクトホールCT202とは、同じエッチング工程で形成されるため、コンタクトホールCT202でのエッチングの終了(終端)は、コンタクトホールCT201でのエッチングの終了(終端)によって決まることになる。 On the other hand, in the region where the contact hole CT202 for leading the gate is formed, the polysilicon film CD201a embedded in the trench TR202 is etched after penetrating the insulating film IL202. Since the contact hole CT201 and the contact hole CT202 are formed in the same etching process, the end (termination) of the etching in the contact hole CT202 is determined by the end (termination) of the etching in the contact hole CT201.
ここで、コンタクトホールCT201を形成する領域に比べてゲート引出用のコンタクトホールCT202では、絶縁膜GI201が無いことに加えて、溝TR202に埋め込まれたポリシリコン膜CD201aの上面は、n+型半導体領域NR201となっている部分のエピタキシャル層EPの上面の高さ位置よりも、低い位置にある。これは、上記図64の構造から図65の構造を得るために溝TR201,TR202の外部のポリシリコン膜CD201の除去する際に、溝TR201,TR202の外部でポリシリコン膜CD201の不要な除去残りが生じるのを防止するためである。更には、ドープトポリシリコン(ポリシリコン膜CD201)は単結晶シリコン(n+型半導体領域NR201およびp型半導体領域PR201)に比べてエッチング速度が速い。このため、ソース用のコンタクトホールCT201とゲート引出用のコンタクトホールCT202とを同時に(同工程で)形成しようとすると、ソース用のコンタクトホールCT201よりもゲート引出用のコンタクトホールCT202の方が、エッチングが先行してしまう。つまり、ソース用のコンタクトホールCT201に比べて、ゲート引出用のコンタクトホールCT202の方が、過剰にエッチングされてしまう。 Here, in the contact hole CT202 for extracting the gate as compared with the region where the contact hole CT201 is formed, in addition to the absence of the insulating film GI201, the upper surface of the polysilicon film CD201a embedded in the trench TR202 is an n + type semiconductor. It is at a position lower than the height position of the upper surface of the epitaxial layer EP in the portion that is the region NR201. This is because when the polysilicon film CD201 outside the trenches TR201 and TR202 is removed in order to obtain the structure shown in FIG. 65 from the structure shown in FIG. 64, unnecessary removal of the polysilicon film CD201 is left outside the trenches TR201 and TR202. This is to prevent the occurrence of. Furthermore, doped polysilicon (polysilicon film CD201) has a higher etching rate than single crystal silicon (n + type semiconductor region NR201 and p type semiconductor region PR201). Therefore, if the source contact hole CT201 and the gate lead contact hole CT202 are formed simultaneously (in the same process), the gate lead contact hole CT201 is etched more than the source contact hole CT201. Will lead. That is, the contact hole CT202 for extracting the gate is excessively etched compared to the contact hole CT201 for the source.
ソース用のコンタクトホールCT201に比べて、ゲート引出用のコンタクトホールCT202の方が過剰にエッチングされてしまうことで、次のような課題が発生する。 Compared with the contact hole CT201 for the source, the contact hole CT202 for extracting the gate is excessively etched, which causes the following problems.
溝TR202の内面(底面および側面)には絶縁膜GI201が形成されており、この絶縁膜GI201が溝TR202の内面と溝TR202に埋め込まれたポリシリコン膜CD201aとの間に介在している。コンタクトホールCT201,CT202を形成したとき、コンタクトホールCT201に比べてコンタクトホールCT202の方が過剰にエッチングされると、コンタクトホールCT202の底部で、ポリシリコン膜CD201aが深さ方向に過剰にエッチングされてしまう。これにより、図68に示されるように、溝TR202の底面上のポリシリコン膜CD201aが除去されて溝TR202の底面の絶縁膜GI201が露出される虞がある。 An insulating film GI201 is formed on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR202, and this insulating film GI201 is interposed between the inner surface of the trench TR202 and the polysilicon film CD201a embedded in the trench TR202. When the contact holes CT201 and CT202 are formed, if the contact hole CT202 is excessively etched compared to the contact hole CT201, the polysilicon film CD201a is excessively etched in the depth direction at the bottom of the contact hole CT202. End up. As a result, as shown in FIG. 68, the polysilicon film CD201a on the bottom surface of the trench TR202 may be removed and the insulating film GI201 on the bottom surface of the trench TR202 may be exposed.
更に、コンタクトホールCT201,CT202形成用のエッチングとして、異方性のドライエッチングを用いた場合でも、エッチング条件によってはサイドエッチングが生じるのを完全には防止できない。このため、コンタクトホールCT202を形成する際に、コンタクトホールCT202から露出されるポリシリコン膜CD201aがサイドエッチングされる(横方向にエッチングされる)ことにより、図68に示されるように、溝TR202の側面上のポリシリコン膜CD201aが除去されて溝TR202の側面の絶縁膜GI201が露出される虞がある。 Furthermore, even when anisotropic dry etching is used as the etching for forming the contact holes CT201 and CT202, side etching cannot be completely prevented depending on the etching conditions. Therefore, when the contact hole CT202 is formed, the polysilicon film CD201a exposed from the contact hole CT202 is side-etched (etched in the lateral direction), so that the trench TR202 is formed as shown in FIG. There is a possibility that the polysilicon film CD201a on the side surface is removed and the insulating film GI201 on the side surface of the trench TR202 is exposed.
すなわち、コンタクトホールCT202を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT202から、溝TR202の底面の絶縁膜GI201が露出される虞と、溝TR202の側面の絶縁膜GI201が露出される虞とがある。つまり、コンタクトホールCT202を形成するエッチング工程で、エッチングが深さ方向(溝TR202の底面に向かう方向)だけでなく横方向(溝TR202の側面に向かう方向)にも、ある程度のばらつきで進行し、溝TR202の内面の絶縁膜GI201の一部が露出してエッチングダメージを受けてしまう。図68および図69では、コンタクトホールCT202形成時のエッチングで絶縁膜GI201が受けたエッチングダメージを、×印で模式的に示してある。 That is, in the etching process for forming the contact hole CT202, the insulating film GI201 on the bottom surface of the trench TR202 may be exposed from the contact hole CT202, and the insulating film GI201 on the side surface of the trench TR202 may be exposed. That is, in the etching process for forming the contact hole CT202, the etching proceeds with a certain amount of variation not only in the depth direction (direction toward the bottom surface of the trench TR202) but also in the lateral direction (direction toward the side surface of the trench TR202). A part of the insulating film GI201 on the inner surface of the trench TR202 is exposed and suffers from etching damage. In FIGS. 68 and 69, the etching damage received by the insulating film GI201 by the etching at the time of forming the contact hole CT202 is schematically shown by x marks.
コンタクトホールCT202を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT202から溝TR202の内面の絶縁膜GI201が露出してエッチングダメージを受けると、半導体装置の信頼性が低下する。例えば、ゲートとドレインとの間の耐圧が低下する虞がある。 In the etching process for forming the contact hole CT202, if the insulating film GI201 on the inner surface of the trench TR202 is exposed from the contact hole CT202 and is subjected to etching damage, the reliability of the semiconductor device is lowered. For example, the breakdown voltage between the gate and the drain may be reduced.
ゲートとドレインとの間の耐圧が低下するのは、次の理由である。 The breakdown voltage between the gate and the drain is lowered for the following reason.
すなわち、コンタクトホールCT202から露出した溝TR202の内面の絶縁膜GI201がエッチングダメージを受け、このコンタクトホールCT202にプラグPG202が埋め込まれると、プラグPG202が、エッチングダメージを受けている絶縁膜GI201を介してエピタキシャル層EP201(p型半導体領域PR201となっている部分も含む)に隣接することになる。溝TR202は溝TR201に繋がっており、ポリシリコン膜CD201は溝201から溝TR202にかけて一体的に連続して形成されているため、プラグPG202は、ポリシリコン膜CD201を通じて溝TR201内に埋め込まれたゲート電極GE201に電気的に接続されている。このため、プラグPG202とエピタキシャル層EP201(p型半導体領域PR201となっている部分も含む)との間に介在する絶縁膜GI201がエッチングダメージを受けていることで、ゲート電極GE201に電気的に接続されているプラグPG202とエピタキシャル層EP201との間の耐圧が低下してしまう。従って、トレンチゲート型MISFETのゲートとドレインとの間の耐圧が低下することになる。これは、ゲートリーク電流の増加の要因となる。
That is, when the insulating film GI201 on the inner surface of the trench TR202 exposed from the contact hole CT202 is subjected to etching damage, and the plug PG202 is embedded in the contact hole CT202, the plug PG202 passes through the insulating film GI201 that has been subjected to etching damage. It is adjacent to the epitaxial layer EP201 (including the portion that becomes the p-type semiconductor region PR201). Since the trench TR202 is connected to the trench TR201, and the polysilicon film CD201 is integrally formed continuously from the
また、コンタクトホールCT202を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT202から溝TR202の内面の絶縁膜GI201が露出した場合、プラグPG202が絶縁膜GI201に接触することになる分、プラグPG202とポリシリコン膜CD201との接触面積が小さくなる。これは、コンタクトホールCT202内を埋めるプラグPG202とポリシリコン膜CD201との間の接続抵抗を大きくする虞がある。これも、半導体装置の信頼性を低下させる要因になり得る。 Further, in the etching process for forming the contact hole CT202, when the insulating film GI201 on the inner surface of the trench TR202 is exposed from the contact hole CT202, the plug PG202 and the polysilicon film CD201 are in contact with the insulating film GI201. The contact area with is reduced. This may increase the connection resistance between the plug PG202 filling the contact hole CT202 and the polysilicon film CD201. This can also be a factor that reduces the reliability of the semiconductor device.
また、溝TR202の幅を大きくして、フォトレジストパターンRP202の開口部OP202の幅(これがコンタクトホールCT202の幅となる)と、溝TR202の幅との差を大きくすると、コンタクトホールCT202を形成する際に、サイドエッチングが生じたとしても、溝TR202の側面の絶縁膜GI201は露出されにくくなる。しかしながら、溝TR202の幅を大きくすることは、半導体装置の平面寸法の増大につながるため、半導体装置の小型化(小面積化)に不利となる。 Further, when the width of the trench TR202 is increased to increase the difference between the width of the opening OP202 of the photoresist pattern RP202 (this becomes the width of the contact hole CT202) and the width of the trench TR202, the contact hole CT202 is formed. At this time, even if side etching occurs, the insulating film GI201 on the side surface of the trench TR202 is hardly exposed. However, increasing the width of the trench TR202 leads to an increase in the planar size of the semiconductor device, which is disadvantageous for downsizing (smaller area) of the semiconductor device.
<本実施の形態の主要な特徴と効果について>
本実施の形態では、溝TR1,TR2を埋めるのに、上記ポリシリコン膜CD201のような単層膜を用いるのではなく、導電膜CD1と、導電膜CD1上の材料膜MTと、材料膜MT上の導電膜CD2とを有する積層膜(第1膜)LMを用いている。すなわち、上記ステップS4では、基板SUB上に、溝TR1,TR2を埋めるように、導電膜CD1と、導電膜CD1上の材料膜MTと、材料膜MT上の導電膜CD2とを有する積層膜(第1膜)LMを形成している。そして、ステップS9で、絶縁膜IL2を貫通し、溝TR2に埋め込まれていた積層膜LM(すなわち積層膜LM2)の導電膜CD1を露出するコンタクトホールCT2を、エッチングにより形成する。
<Main features and effects of the present embodiment>
In the present embodiment, a single-layer film such as the polysilicon film CD201 is not used to fill the trenches TR1 and TR2, but the conductive film CD1, the material film MT on the conductive film CD1, and the material film MT. A laminated film (first film) LM having the upper conductive film CD2 is used. That is, in step S4, a laminated film (including a conductive film CD1, a material film MT on the conductive film CD1, and a conductive film CD2 on the material film MT so as to fill the trenches TR1 and TR2 on the substrate SUB ( First film) LM is formed. In step S9, a contact hole CT2 that penetrates the insulating film IL2 and exposes the conductive film CD1 of the stacked film LM (that is, the stacked film LM2) embedded in the trench TR2 is formed by etching.
本実施の形態では、溝TR2に導電膜CD1と材料膜MTと導電膜CD2とを有する積層膜LM2(LM)が埋め込まれた状態でコンタクトホールCT2を形成するため、コンタクトホールCT2を形成するエッチング工程で、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2(LM)のうちの材料膜MTをエッチングストッパ膜として機能させることができる。すなわち、コンタクトホールCT2形成工程において、コンタクトホールCT2から露出する導電膜CD2をエッチングする際には、材料膜MTよりも導電膜CD2がエッチングされやすい条件(換言すれば導電膜CD2よりも材料膜MTがエッチングされにくい条件)でエッチングを行う。これにより、コンタクトホールCT2形成工程において、導電膜CD1がエッチングされて溝TR2の内面(側面および底面)の絶縁膜GIが露出されてしまうのを防止することができる。すなわち、コンタクトホールCT2を形成しても、溝TR2の内面(側面および底面)の絶縁膜GIが導電膜CD1で被覆された状態を維持することができる。このため、コンタクトホールCT2を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出してエッチングダメージを受けるのを防止することができる。従って、製造された半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、製造された半導体装置の性能を向上させることができる。例えば、ゲートとドレインとの間の耐圧を向上させることができる。また、ゲートリーク電流を抑制することができる。 In the present embodiment, the contact hole CT2 is formed in a state where the trench TR2 is embedded with the laminated film LM2 (LM) including the conductive film CD1, the material film MT, and the conductive film CD2, and thus the etching for forming the contact hole CT2 is performed. In the process, the material film MT in the laminated film LM2 (LM) embedded in the trench TR2 can function as an etching stopper film. That is, in the contact hole CT2 formation step, when the conductive film CD2 exposed from the contact hole CT2 is etched, the conductive film CD2 is more easily etched than the material film MT (in other words, the material film MT than the conductive film CD2). Etching is performed under the condition that etching is difficult. This can prevent the conductive film CD1 from being etched and the insulating film GI on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 from being exposed in the contact hole CT2 formation step. That is, even when the contact hole CT2 is formed, it is possible to maintain the state where the insulating film GI on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2 is covered with the conductive film CD1. For this reason, in the etching process for forming the contact hole CT2, it is possible to prevent the insulating film GI on the inner surface of the trench TR2 from being exposed from the contact hole CT2 and receiving etching damage. Therefore, the reliability of the manufactured semiconductor device can be improved. In addition, the performance of the manufactured semiconductor device can be improved. For example, the breakdown voltage between the gate and the drain can be improved. In addition, gate leakage current can be suppressed.
つまり、上記図63〜図69の検討例でも述べたように、ソース用のコンタクトホールCT201,CT1よりもゲート引出用のコンタクトホールCT202,CT2の方が、エッチングが先行してしまう。ところが、本実施の形態では、溝TR2の内面(底面および側面)は、ほぼ一様な厚みの導電膜CD1(ここではドープトポリシリコン膜)で被覆されている上、その表面(導電膜CD1の表面)には、エッチングストッパ膜(エッチングマスク)としての材料膜MT(ここでは酸化シリコン膜)が設けられている。このため、本実施の形態では、この材料膜MTが、溝TR2の深さ方向のみならず溝TR2の側面方向へのコンタクトホールCT2のエッチングの先行を抑制する。その結果、ゲート引出用のコンタクトホールCT2の底面および側面から、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIが露出することがなくなり、溝TR2の内面(底面および側面)の絶縁膜GIがエッチングダメージを受けることがなくなる。従って、製造された半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、製造された半導体装置の性能を向上させることができる。例えば、ゲートとドレインとの間の耐圧を向上させることができる。また、ゲートリーク電流を抑制することができる。 That is, as described in the examination examples of FIGS. 63 to 69, the contact holes CT202 and CT2 for leading the gate lead out the etching rather than the contact holes CT201 and CT1 for the source. However, in the present embodiment, the inner surface (bottom surface and side surface) of trench TR2 is covered with conductive film CD1 (here, a doped polysilicon film) having a substantially uniform thickness, and the surface (conductive film CD1). Is provided with a material film MT (here, a silicon oxide film) as an etching stopper film (etching mask). Therefore, in the present embodiment, this material film MT suppresses the preceding etching of the contact hole CT2 not only in the depth direction of the trench TR2 but also in the side surface direction of the trench TR2. As a result, the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is not exposed from the bottom surface and side surface of the contact hole CT2 for leading the gate, and the insulating film GI on the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 is not exposed. No more etching damage. Therefore, the reliability of the manufactured semiconductor device can be improved. In addition, the performance of the manufactured semiconductor device can be improved. For example, the breakdown voltage between the gate and the drain can be improved. In addition, gate leakage current can be suppressed.
また、本実施の形態では、コンタクトホールCT2を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出するのを防止できるため、プラグPG2が絶縁膜GIに接触するのを防止できる。プラグPG2が絶縁膜GIに接触しないことで、プラグPGの表面積のうち、絶縁膜と接する面積を減らすことができるため、プラグPG2のコンタクト抵抗を低減することができる。従って、製造された半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、製造された半導体装置の性能を向上させることができる。 In the present embodiment, since the insulating film GI on the inner surface of the trench TR2 can be prevented from being exposed from the contact hole CT2 in the etching process for forming the contact hole CT2, the plug PG2 is prevented from contacting the insulating film GI. Can be prevented. Since the plug PG2 does not contact the insulating film GI, the area of the plug PG in contact with the insulating film can be reduced, so that the contact resistance of the plug PG2 can be reduced. Therefore, the reliability of the manufactured semiconductor device can be improved. In addition, the performance of the manufactured semiconductor device can be improved.
また、本実施の形態では、ゲート引出用の溝TR2の内面(底面および側面)がほぼ一様の厚みの導電膜CD1で被覆され、導電膜CD1で被覆された溝TR2内がプラグPG2を構成する導電膜(ここではバリア導体膜BRおよび主導体膜MC1)で充填される。このため、プラグPG2を構成する導電膜と、ゲート電極GEに一体的に形成された導電膜(導電膜CD1)との間で大きな接触面積を確保することができる。従って、プラグPG2のコンタクト抵抗を低減することができ、また、プラグPG2の良好なコンタクト性を得ることができる。 In the present embodiment, the inner surface (bottom surface and side surface) of the trench TR2 for extracting the gate is covered with the conductive film CD1 having a substantially uniform thickness, and the trench TR2 covered with the conductive film CD1 constitutes the plug PG2. The conductive film (here, the barrier conductor film BR and the main conductor film MC1) is filled. Therefore, a large contact area can be ensured between the conductive film constituting the plug PG2 and the conductive film (conductive film CD1) formed integrally with the gate electrode GE. Therefore, the contact resistance of the plug PG2 can be reduced, and the good contact property of the plug PG2 can be obtained.
また、本実施の形態では、溝TR2の幅W2を大きくしなくとも、コンタクトホールCT2を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出するのを防止することができる。つまり、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出するのを防止しながら、溝TR2の幅W2を小さくすることができる。このため、溝TR2の幅を抑制することができるため、半導体装置の小型化(小面積化)を図ることができる。本実施の形態では、ゲート引出用の溝TR2の幅W2を、トレンチゲート用の溝TR1の幅W1の2倍以下(すなわちW2≦W1×2)とすることができ、そのような場合でも、コンタクトホールCT2を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出するのを防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性向上と半導体装置の小型化(小面積化)とを両立させることができる。このため、本実施の形態は、ゲート引出用の溝TR2の幅W2を抑制した場合、特に、ゲート引出用の溝TR2の幅W2をトレンチゲート用の溝TR1の幅W1の2倍以下(すなわちW2≦W1×2)とした場合に適用すれば、その効果は極めて大きい。 In the present embodiment, it is possible to prevent the insulating film GI on the inner surface of the trench TR2 from being exposed from the contact hole CT2 in the etching process for forming the contact hole CT2 without increasing the width W2 of the trench TR2. it can. That is, the width W2 of the trench TR2 can be reduced while preventing the insulating film GI on the inner surface of the trench TR2 from being exposed from the contact hole CT2. For this reason, since the width of the trench TR2 can be suppressed, the semiconductor device can be reduced in size (reduced area). In the present embodiment, the width W2 of the trench TR2 for pulling out the gate can be less than twice the width W1 of the trench TR1 for trench gate (that is, W2 ≦ W1 × 2). In the etching process for forming the contact hole CT2, it is possible to prevent the insulating film GI on the inner surface of the trench TR2 from being exposed from the contact hole CT2. As a result, the reliability of the semiconductor device can be improved and the semiconductor device can be made smaller (smaller in area). Therefore, in the present embodiment, when the width W2 of the gate lead-out trench TR2 is suppressed, in particular, the width W2 of the gate lead-out trench TR2 is set to be not more than twice the width W1 of the trench gate trench TR1 (that is, If applied to the case of W2 ≦ W1 × 2), the effect is extremely large.
また、上記図63〜図69の検討例の場合、溝TR202の側面がテーパを有していると、そのテーパの角度の変動(ばらつき)により、コンタクトホールCT202を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT202から溝TR202の内面の絶縁膜GI201が露出しやすくなる場合が生じ得る。それに対して、本実施の形態では、たとえ溝TR2の側面のテーパの角度が変動した(ばらついた)としても、コンタクトホールCT2を形成するエッチング工程で、コンタクトホールCT2から溝TR2の内面の絶縁膜GIが露出するのを防止することができる。このため、本実施の形態は、溝TR2の側面がテーパを有している場合に適用すれば、その効果は大きい。また、溝TR2の側面がテーパを有することで、溝TR2に対するプラグPG2用の導電膜(ここではバリア導体膜BRおよび主導体膜MC1)の埋め込み性を向上させることもできる。 63 to 69, if the side surface of the trench TR202 has a taper, the contact hole CT202 is formed in the etching process for forming the contact hole CT202 due to the variation (variation) in the taper angle. In some cases, the insulating film GI201 on the inner surface of the trench TR202 is likely to be exposed from the CT202. On the other hand, in this embodiment, even if the taper angle of the side surface of the trench TR2 fluctuates (varies), the insulating film on the inner surface of the trench TR2 from the contact hole CT2 in the etching process for forming the contact hole CT2 is used. It is possible to prevent GI from being exposed. For this reason, if this embodiment is applied when the side surface of the trench TR2 has a taper, the effect is great. Further, since the side surface of the trench TR2 is tapered, the embedding property of the conductive film for the plug PG2 (here, the barrier conductor film BR and the main conductor film MC1) in the trench TR2 can be improved.
また、本実施の形態とは異なり、上記図63〜図65のようにエッチングストッパ膜を含まないポリシリコン膜CD201aで溝TR202を埋め込んで上記図65の構造を得た後に、溝TR202に埋め込まれたポリシリコン膜CD201a上にエッチングストッパ用の膜を形成した場合を仮定する。しかしながら、この場合には、エッチングストッパ用の膜は溝TR202内に存在しない、すなわち溝TR202内に埋め込まれた埋め込み膜(ここではポリシリコン膜CD201a)中にエッチングストッパ用の膜は存在しないため、溝TR201の側面に対向する位置にエッチングストッパ用の膜は存在しないことになる。この場合、溝TR201の側面に対向する位置にエッチングストッパ用の膜は存在しないため、コンタクトホール形成時に埋め込み膜(ここではポリシリコン膜CD201a)のサイドエッチングが生じてしまうと、溝TR202の側面で絶縁膜GI201が露出してしまう。従って、溝TR202の側面での絶縁膜GI201の露出を完全に防止するのは難しい。 Unlike the present embodiment, the trench TR202 is filled with the polysilicon film CD201a not including the etching stopper film as shown in FIGS. 63 to 65 to obtain the structure shown in FIG. 65, and then buried in the trench TR202. Assume that a film for an etching stopper is formed on the polysilicon film CD201a. However, in this case, the etching stopper film does not exist in the trench TR202, that is, the etching stopper film does not exist in the buried film (here, the polysilicon film CD201a) embedded in the trench TR202. The etching stopper film does not exist at a position facing the side surface of the trench TR201. In this case, since there is no etching stopper film at a position facing the side surface of the trench TR201, if side etching of the buried film (here, the polysilicon film CD201a) occurs when forming the contact hole, the side surface of the trench TR202 The insulating film GI201 is exposed. Therefore, it is difficult to completely prevent the insulating film GI201 from being exposed on the side surface of the trench TR202.
このため、コンタクトホール形成時に溝TR2の側面で絶縁膜GIが露出するのを確実に防止するためには、本実施の形態のように、エッチングストッパ膜(ここでは材料膜MT)が溝TR2内に存在すること、すなわち、溝TR2内に埋め込まれた埋め込み膜(ここでは積層膜LM2)中にエッチングストッパ膜(ここでは材料膜MT)が存在すること、が重要である。本実施の形態では、溝TR2の内面(側面および底面)にほぼ一様の厚みで導電膜CD1がコンフォーマルに形成され、その導電膜CD1の表面(絶縁膜GIに接する側とは反対側の面)に材料膜MTが形成されている。こうすることで、溝TR2の側面に対向して、エッチングストッパ膜(ここでは材料膜MT)が存在し、これがコンタクトホール形成時のエッチングストッパ膜として機能するため、溝TR2の側面に向かうサイドエッチングを抑制または防止することができる。これにより、溝TR2の底面だけでなく側面においても、コンタクトホール形成時に絶縁膜GIが露出するのを防止することができる。このため、コンタクトホール形成時に溝TR2の底面だけでなく側面においても、絶縁膜GIが露出してエッチングダメージを受けるのを防止することができる。従って、製造された半導体装置の信頼性を的確に向上させることができる。また、製造された半導体装置の性能を的確に向上させることができる。例えば、ゲートとドレインとの間の耐圧を的確に向上させることができる。また、ゲートリーク電流を的確に抑制することができる。 Therefore, in order to reliably prevent the insulating film GI from being exposed on the side surface of the trench TR2 when forming the contact hole, the etching stopper film (here, the material film MT) is formed in the trench TR2 as in the present embodiment. That is, it is important that the etching stopper film (here, the material film MT) exists in the buried film (here, the laminated film LM2) buried in the trench TR2. In the present embodiment, the conductive film CD1 is conformally formed with a substantially uniform thickness on the inner surface (side surface and bottom surface) of the trench TR2, and the surface of the conductive film CD1 (the side opposite to the side in contact with the insulating film GI) is formed. The material film MT is formed on the surface. By doing so, an etching stopper film (in this case, the material film MT) exists opposite to the side surface of the trench TR2, and this functions as an etching stopper film when forming the contact hole. Therefore, side etching toward the side surface of the trench TR2 is performed. Can be suppressed or prevented. Thereby, it is possible to prevent the insulating film GI from being exposed at the time of forming the contact hole, not only on the bottom surface of the trench TR2. For this reason, it is possible to prevent the insulating film GI from being exposed to etching damage not only on the bottom surface but also on the side surface of the trench TR2 when the contact hole is formed. Therefore, the reliability of the manufactured semiconductor device can be improved accurately. In addition, the performance of the manufactured semiconductor device can be improved accurately. For example, the breakdown voltage between the gate and the drain can be improved accurately. In addition, the gate leakage current can be accurately suppressed.
また、本実施の形態では、導電膜CD1と、その上のエッチングストッパ用の材料膜MTと、その上の導電膜CD2とを有する積層膜LMにより、ゲート引出用の溝TR2を埋め込んでいる。このため、コンタクトホール形成時にエッチングストッパの役目をする膜(ここでは材料膜MT)を、溝TR(TR1,TR2)に対してセルフアラインに形成することができる。 In the present embodiment, the gate lead trench TR2 is filled with the laminated film LM having the conductive film CD1, the etching stopper material film MT thereon, and the conductive film CD2 thereon. Therefore, a film (in this case, the material film MT) that serves as an etching stopper when forming the contact hole can be formed in a self-aligned manner with respect to the trench TR (TR1, TR2).
また、導電膜CD1,CD2としてのドープトポリシリコン膜を用い、材料膜MTとして酸化シリコン膜を用いた場合には、ポリシリコン膜のCVD成膜工程の途中で酸素ガスの供給/停止を行うだけで、溝TR埋め込み用の積層膜LMを形成することができる。これにより、製造工程数を増やさずに、溝TR埋め込み用の膜(積層膜LM)にエッチングストッパ膜(材料膜MT)を備えさせることができる。 In addition, when doped polysilicon films are used as the conductive films CD1 and CD2 and a silicon oxide film is used as the material film MT, supply / stop of oxygen gas is performed during the CVD film forming process of the polysilicon film. Only by this, the laminated film LM for filling the trench TR can be formed. Thereby, the etching stopper film (material film MT) can be provided in the film for filling the trench TR (laminated film LM) without increasing the number of manufacturing steps.
また、本実施の形態とは異なり、ステップS9aでコンタクトホールCT2を形成したときに、絶縁膜IL2を貫通するコンタクトホールCT2の底部において、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2のうちの導電膜CD1も露出されたと仮定する。この場合には、ステップS9bで溝TR2内の導電膜CD1もエッチングされてしまうが、そのときにサイドエッチングが生じると、溝TR2の側面で絶縁膜GIが露出してしまう。それに対して、本実施の形態では、ステップS9aで絶縁膜IL2を貫通するようにコンタクトホールCT2を形成するが、この際、絶縁膜IL2を貫通するコンタクトホールCT2の底部において、溝TR2埋め込まれた積層膜LM2のうち、導電膜CD2が露出されるが、導電膜CD1は露出されないようする。これにより、ステップS9bでは、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の導電膜CD2がエッチングされ、材料膜MTがエッチングストッパとして機能して、導電膜CD1のエッチングを防ぐことができる。このため、コンタクトホール形成時に溝TR2の側面で絶縁膜GIが露出してしまうのを的確に防止することができる。 Unlike the present embodiment, when the contact hole CT2 is formed in step S9a, the conductive film CD1 of the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 at the bottom of the contact hole CT2 that penetrates the insulating film IL2. Suppose also exposed. In this case, the conductive film CD1 in the trench TR2 is also etched in step S9b. However, if side etching occurs at that time, the insulating film GI is exposed on the side surface of the trench TR2. On the other hand, in this embodiment, the contact hole CT2 is formed so as to penetrate the insulating film IL2 in step S9a. At this time, the trench TR2 is buried at the bottom of the contact hole CT2 that penetrates the insulating film IL2. Of the laminated film LM2, the conductive film CD2 is exposed, but the conductive film CD1 is not exposed. Thereby, in step S9b, the conductive film CD2 of the laminated film LM2 embedded in the trench TR2 is etched, and the material film MT functions as an etching stopper, thereby preventing the conductive film CD1 from being etched. For this reason, it is possible to accurately prevent the insulating film GI from being exposed on the side surface of the trench TR2 when the contact hole is formed.
また、本実施の形態では、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2における導電膜CD2の幅W4を、絶縁膜IL2に形成されている部分のコンタクトホールCT2の幅(開口幅)W3よりも若干大き目にしておくと(すなわちW4>W3)、僅かなパターンずれ(フォトレジストパターンRP2の開口部OP2の位置ずれ)があっても許容できる。すなわち、僅かなパターンずれがあっても、ステップS9aで絶縁膜IL2に形成されたコンタクトホールCT2の底部において、溝TR2埋め込まれた積層膜LM2のうち、導電膜CD2が露出されるが、導電膜CD1は露出されないようすることができる。これにより、半導体装置を製造しやすくすることができる。幅W4と幅W3の差は、例えば120nm〜240nm程度を好適に用いることができる。 In the present embodiment, the width W4 of the conductive film CD2 in the stacked film LM2 embedded in the trench TR2 is slightly larger than the width (opening width) W3 of the contact hole CT2 in the portion formed in the insulating film IL2. (Ie, W4> W3), even a slight pattern shift (position shift of the opening OP2 of the photoresist pattern RP2) is acceptable. That is, even if there is a slight pattern shift, the conductive film CD2 is exposed in the laminated film LM2 embedded in the trench TR2 at the bottom of the contact hole CT2 formed in the insulating film IL2 in step S9a. CD1 can be prevented from being exposed. As a result, the semiconductor device can be easily manufactured. As the difference between the width W4 and the width W3, for example, about 120 nm to 240 nm can be suitably used.
ここで、コンタクトホールCT2の幅W3は、図46に示されており、絶縁膜IL2の下面におけるコンタクトホールCT2の幅であり、基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR2の延在方向に垂直な方向の幅(寸法)に対応している。また、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2における導電膜CD2の幅W4は、溝TR2に埋め込まれた積層膜LM2の上面(図28の上面UPS2に対応)における導電膜CD2の幅であり、基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR2の延在方向に垂直な方向の幅(寸法)に対応している。このため、溝TR2の幅W2の方向と、コンタクトホールCT2の幅W3の方向と、導電膜CD2の幅W4の方向とは、同じである。また、絶縁膜IL2におけるコンタクトホールCT2の側面にテーパが無いか、テーパが有っても小さな場合は、コンタクトホールCT2の幅W3は、フォトレジストパターンRP2におけるコンタクトホールCT形成用の開口部OP2の幅W3aに概ね等しい(W3=W3a)。ここで、コンタクトホールCT2の幅W3と同様に、フォトレジストパターンRP2の開口部OP2の幅W3a(幅W3aは図43に示してある)も、基板SUBの主面(従ってエピタキシャル層EPの主面)に平行でかつ溝TR2の延在方向に垂直な方向の幅(寸法)に対応している。 Here, the width W3 of the contact hole CT2 is shown in FIG. 46, which is the width of the contact hole CT2 on the lower surface of the insulating film IL2, and is parallel to the main surface of the substrate SUB (and hence the main surface of the epitaxial layer EP). It corresponds to the width (dimension) in the direction perpendicular to the extending direction of the trench TR2. Further, the width W4 of the conductive film CD2 in the laminated film LM2 embedded in the trench TR2 is the width of the conductive film CD2 on the upper surface (corresponding to the upper surface UPS2 in FIG. 28) embedded in the trench TR2. This corresponds to the width (dimension) in the direction parallel to the main surface of the SUB (and hence the main surface of the epitaxial layer EP) and perpendicular to the extending direction of the trench TR2. For this reason, the direction of the width W2 of the trench TR2, the direction of the width W3 of the contact hole CT2, and the direction of the width W4 of the conductive film CD2 are the same. When the side surface of the contact hole CT2 in the insulating film IL2 is not tapered or is small even if there is a taper, the width W3 of the contact hole CT2 is equal to the opening OP2 for forming the contact hole CT in the photoresist pattern RP2. It is approximately equal to the width W3a (W3 = W3a). Here, similarly to the width W3 of the contact hole CT2, the width W3a of the opening OP2 of the photoresist pattern RP2 (the width W3a is shown in FIG. 43) is also the main surface of the substrate SUB (therefore, the main surface of the epitaxial layer EP). ) And a width (dimension) in a direction perpendicular to the extending direction of the trench TR2.
また、本実施の形態では、基板SUBにnチャネル型のトレンチゲート型MISFETを形成した場合について説明した。他の形態として、n型とp型の導電型を逆にすることもでき、この場合、pチャネル型のトレンチゲート型MISFETが形成される。 In this embodiment, the case where an n-channel trench gate type MISFET is formed on the substrate SUB has been described. As another form, the n-type and p-type conductivity types can be reversed. In this case, a p-channel type trench gate type MISFET is formed.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
BE 裏面電極
BR バリア導体膜
CD1,CD2 導電膜
CD201,CD201a ポリシリコン膜
CE トランジスタセル領域
CP 半導体装置
CT,CT1,CT2,CT102,CT201,CT202 コンタクトホール
EP,EP201 エピタキシャル層
EP1 島状部
GE,GE201 ゲート電極
GE101 導電膜部
GI,GI101,GI201 絶縁膜
IL1,IL2,IL3,IL102,IL202 絶縁膜
LM,LM1,LM2 積層膜
M1 配線
M1G ゲート用配線
M1S ソース用配線
MC1 主導体膜
MC2,MC3 導電体膜
MT 材料膜
NR,NR201 n+型半導体領域
OP1,OP2,OP3,OP201,OP202 開口部
PG,PG1,PG2,PG102,PG201,PG202 プラグ
PR,PR201 p型半導体領域
RG1,RG2,RG3 領域
RG101 上角部
RP1,RP2,RP202 フォトレジストパターン(レジストパターン、マスク層)
RS1,RS2 窪み部(凹部、溝部)
SB,SB201 基板本体
SN1 窒化シリコン膜
SO1 酸化シリコン膜
SUB,SUB101,SUB201 基板(半導体基板)
SW1,SW2 側面
T1,T2,T3 膜厚
TR,TR1,TR2,TR101,TR201,TR202 溝
UPS1,UPS2,UPS3 上面
W1,W2,W3,W3a,W4 幅
BE Back electrode BR Barrier conductor film CD1, CD2 Conductive film CD201, CD201a Polysilicon film CE Transistor cell region CP Semiconductor device CT, CT1, CT2, CT102, CT201, CT202 Contact hole EP, EP201 Epitaxial layer EP1 Insular part GE, GE201 Gate electrode GE101 Conductive film portion GI, GI101, GI201 Insulating film IL1, IL2, IL3, IL102, IL202 Insulating film LM, LM1, LM2 Laminated film M1 Wiring M1G Gate wiring M1S Source wiring MC1 Main conductor film MC2, MC3 Conductor Film MT Material film NR, NR201 n + type semiconductor regions OP1, OP2, OP3, OP201, OP202 Openings PG, PG1, PG2, PG102, PG201, PG202 Plugs PR, PR201 p Type semiconductor region RG1, RG2, RG3 region RG101 Upper corner portion RP1, RP2, RP202 Photoresist pattern (resist pattern, mask layer)
RS1, RS2 recess (recess, groove)
SB, SB201 Substrate body SN1 Silicon nitride film SO1 Silicon oxide film SUB, SUB101, SUB201 Substrate (semiconductor substrate)
SW1, SW2 Side surface T1, T2, T3 Film thickness TR, TR1, TR2, TR101, TR201, TR202 Groove UPS1, UPS2, UPS3 Top surface W1, W2, W3, W3a, W4 Width
Claims (19)
(a)前記半導体基板を準備する工程、
(b)前記(a)工程後、前記半導体基板に、互いに繋がっている第1溝および第2溝を形成する工程、
(c)前記(b)工程後、前記第1および第2溝の内面に、ゲート絶縁膜用の第1絶縁膜を形成する工程、
(d)前記(c)工程後に、前記半導体基板基板上に、前記第1および第2溝内を埋めるように、第1導電膜と、前記第1導電膜上の第1材料膜と、前記第1材料膜上の第2導電膜とを有する第1膜を形成する工程、
(e)前記(d)工程後、前記第1および第2溝内に前記第1膜を残し、前記第1および第2溝の外部の前記第1膜を除去する工程、
(f)前記(e)工程後、前記半導体基板上に第2絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程後、前記第2絶縁膜を貫通し、前記第2溝に埋め込まれていた前記第1膜の前記第1導電膜を露出する第1コンタクトホールを、エッチングにより形成する工程、
(h)前記(g)工程後、前記第1コンタクトホールを、第3導電膜で埋め込む工程、
を有し、
前記第1溝内に埋め込まれた前記第1膜により、ゲート電極が形成され、
前記第1材料膜は、前記第1導電膜および前記第2導電膜とは異なる材料からなり、
前記(g)工程は、
(g1)前記第2絶縁膜をエッチングして前記第2絶縁膜に前記第1コンタクトホールを形成し、前記第1コンタクトホールの底部で、前記第2溝に埋め込まれている前記第1膜の前記第2導電膜を露出させる工程、
(g2)前記(g1)工程後、前記第1コンタクトホールから露出する前記第1膜の前記第2導電膜をエッチングして、前記第1コンタクトホールから前記第1膜の前記第1材料膜を露出させる工程、
(g3)前記(g2)工程後、前記第1コンタクトホールから露出する前記第1膜の前記第1材料膜をエッチングして、前記第1コンタクトホールから前記第1膜の前記第1導電膜を露出させる工程、
を有し、
前記第1材料膜は、前記第1導電膜および第2導電膜とは異なる材料からなり、
前記(g2)工程では、前記第1材料膜よりも前記第2導電膜がエッチングされやすい条件でエッチングを行う、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a trench gate type field effect transistor formed on a semiconductor substrate,
(A) preparing the semiconductor substrate;
(B) after the step (a), forming a first groove and a second groove connected to each other on the semiconductor substrate;
(C) a step of forming a first insulating film for a gate insulating film on the inner surfaces of the first and second grooves after the step (b);
(D) After the step (c), a first conductive film, a first material film on the first conductive film, and the first conductive film so as to fill the first and second grooves on the semiconductor substrate substrate, Forming a first film having a second conductive film on the first material film;
(E) after the step (d), leaving the first film in the first and second grooves and removing the first film outside the first and second grooves;
(F) After the step (e), a step of forming a second insulating film on the semiconductor substrate;
(G) After the step (f), a first contact hole that penetrates the second insulating film and exposes the first conductive film of the first film embedded in the second groove is formed by etching. The process of
(H) a step of filling the first contact hole with a third conductive film after the step (g);
Have
A gate electrode is formed by the first film embedded in the first trench,
The first material film is made of a material different from the first conductive film and the second conductive film,
The step (g)
(G1) The second insulating film is etched to form the first contact hole in the second insulating film, and the first film embedded in the second groove at the bottom of the first contact hole is formed. Exposing the second conductive film;
(G2) After the step (g1), the second conductive film of the first film exposed from the first contact hole is etched to remove the first material film of the first film from the first contact hole. Exposing,
(G3) After the step (g2), the first material film of the first film exposed from the first contact hole is etched to remove the first conductive film of the first film from the first contact hole. Exposing,
Have
The first material film is made of a material different from the first conductive film and the second conductive film,
In the step (g2), a method of manufacturing a semiconductor device, wherein etching is performed under a condition that the second conductive film is more easily etched than the first material film.
前記(g1)工程では、前記第1コンタクトホールの底部で、前記第2溝に埋め込まれている前記第1膜の前記第2導電膜が露出するが、前記第2溝に埋め込まれている前記第1膜の前記第1導電膜は露出しない、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (g1), the second conductive film of the first film embedded in the second groove is exposed at the bottom of the first contact hole, but the second conductive film is embedded in the second groove. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first conductive film of the first film is not exposed.
前記(g)工程では、第2コンタクトホールも形成され、
前記第2コンタクトホールは、前記半導体基板における前記第1溝に隣接する領域に、前記第1溝から離間して形成される、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
In the step (g), a second contact hole is also formed,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second contact hole is formed in a region adjacent to the first groove in the semiconductor substrate and spaced from the first groove.
前記半導体基板は第1導電型であり、
前記(e)工程後で、前記(f)工程前に、
前記半導体基板における前記第1溝に隣接する領域に、ソース用の第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域の下に位置し、かつ前記第1導電型とは反対の第2導電型の第2半導体領域とを形成する工程、
を有し、
前記(g)工程では、前記第2コンタクトホールは、前記第2絶縁膜および前記第1半導体領域を貫通し、前記第2半導体領域に到達するように形成される、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
The semiconductor substrate is of a first conductivity type;
After the step (e) and before the step (f),
In a region adjacent to the first groove in the semiconductor substrate, a first semiconductor region of a first conductivity type for a source, and a first semiconductor region located below the first semiconductor region and opposite to the first conductivity type Forming a second conductivity type second semiconductor region;
Have
In the step (g), the second contact hole is formed so as to penetrate the second insulating film and the first semiconductor region and reach the second semiconductor region.
前記(e)工程で前記第2溝内に残存する前記第1膜は、前記ゲート電極に繋がっている、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first film remaining in the second trench in the step (e) is connected to the gate electrode.
前記第3導電膜は、前記第1導電膜を介して前記ゲート電極に電気的に接続される、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the third conductive film is electrically connected to the gate electrode through the first conductive film.
前記(e)工程で前記第2溝内に残存する前記第1膜の上面は、前記第2溝の外部の前記半導体基板の上面よりも低い位置にある、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein an upper surface of the first film remaining in the second groove in the step (e) is lower than an upper surface of the semiconductor substrate outside the second groove.
前記第1および第2溝の外部の前記半導体基板の上面上には、前記ゲート電極と一体的に形成された膜は延在していない、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a film formed integrally with the gate electrode does not extend on an upper surface of the semiconductor substrate outside the first and second grooves.
前記(g3)工程では、前記第1導電膜よりも前記第1材料膜がエッチングされやすい条件でエッチングを行う、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
In the step (g3), a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first material film is etched more easily than the first conductive film.
前記(g1)工程および前記(g2)工程では、ドライエッチングが行われ、
前記(g3)工程では、ウェットエッチングが行われる、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
In the step (g1) and the step (g2), dry etching is performed.
In the step (g3), wet etching is performed.
前記第1導電膜および前記第2導電膜は、ポリシリコンからなり、
前記第1材料膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
The first conductive film and the second conductive film are made of polysilicon,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first material film is made of silicon oxide or silicon nitride.
前記(g3)工程は、前記(g2)から連続して行われる、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step (g3) is performed continuously from the step (g2).
前記(g1)工程、前記(g2)工程および前記(g3)工程では、ドライエッチングが行われる、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein dry etching is performed in the step (g1), the step (g2), and the step (g3).
前記第2溝の幅は、前記第1溝の幅の1〜2倍である、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the width of the second groove is 1 to 2 times the width of the first groove.
前記(b)工程で形成された前記第2溝の側面は、テーパを有している、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein a side surface of the second groove formed in the step (b) has a taper.
前記第1導電膜および前記第2導電膜は、ポリシリコンからなり、
前記第1材料膜は、酸化シリコンからなり、
前記(d)工程では、前記第1導電膜、前記第1材料膜および前記第2導電膜は、同じ成膜装置で連続的に形成される、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first conductive film and the second conductive film are made of polysilicon,
The first material film is made of silicon oxide,
In the step (d), the first conductive film, the first material film, and the second conductive film are continuously formed by the same film forming apparatus.
前記半導体基板に形成され、互いに繋がっている第1溝および第2溝と、
前記第1溝内にゲート絶縁膜用の第1絶縁膜を介して形成された、前記トレンチゲート型電界効果トランジスタ用のゲート電極と、
前記第2溝の内面に前記第1絶縁膜を介して形成された第1導電膜と、
前記半導体基板上に、前記ゲート電極を覆うように形成された、層間絶縁膜と、
前記第2溝上の前記層間絶縁膜を貫通し、前記第2溝内の前記第1導電膜を露出する第1コンタクトホールと、
前記第1コンタクトホールに埋め込まれ、前記第2溝内の前記第1導電膜に電気的に接続された第1接続用導体部と、
を有し、
前記ゲート電極は、前記第1溝の内面に前記第1絶縁膜に接するように形成された前記第1導電膜と、前記第1導電膜上の第1材料膜と、前記第1材料膜上の第2導電膜とを有し、
前記第1導電膜と前記第2導電膜とは同材料により形成され、
前記第1材料膜は、前記第1および第2導電膜とは異なる材料により形成され、
前記第1溝内の前記第1導電膜と前記第2溝内の第1導電膜とは、一体的に形成されている、半導体装置。 A semiconductor device having a trench gate type field effect transistor formed on a semiconductor substrate,
A first groove and a second groove formed in the semiconductor substrate and connected to each other;
A gate electrode for the trench gate type field effect transistor formed in the first trench via a first insulating film for a gate insulating film;
A first conductive film formed on the inner surface of the second groove via the first insulating film;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode;
A first contact hole penetrating the interlayer insulating film on the second groove and exposing the first conductive film in the second groove;
A first connecting conductor portion embedded in the first contact hole and electrically connected to the first conductive film in the second groove;
Have
The gate electrode includes: the first conductive film formed on the inner surface of the first groove so as to be in contact with the first insulating film; a first material film on the first conductive film; and the first material film The second conductive film,
The first conductive film and the second conductive film are formed of the same material,
The first material film is formed of a material different from the first and second conductive films,
The semiconductor device, wherein the first conductive film in the first groove and the first conductive film in the second groove are integrally formed.
前記第1導電膜および前記第2導電膜は、ポリシリコンからなり、
前記第1材料膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 17.
The first conductive film and the second conductive film are made of polysilicon,
The semiconductor device, wherein the first material film is made of silicon oxide or silicon nitride.
前記半導体基板における前記第1溝に隣接する領域に、ソース用の第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域の下に位置しかつ前記第1導電型とは反対の第2導電型の第2半導体領域とが形成されており、
前記層間絶縁膜および前記第1半導体領域を貫通し、前記第2半導体領域に到達する第2コンタクトホールと、
前記第2コンタクトホールに埋め込まれ、前記第1および第2半導体領域に電気的に接続された第2接続用導体部と、
を有する、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 18.
In a region adjacent to the first groove in the semiconductor substrate, a first semiconductor region of a first conductivity type for a source and a second opposite to the first conductivity type and located under the first semiconductor region. A conductive second semiconductor region is formed,
A second contact hole penetrating the interlayer insulating film and the first semiconductor region and reaching the second semiconductor region;
A second connecting conductor portion embedded in the second contact hole and electrically connected to the first and second semiconductor regions;
A semiconductor device.
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| JP2018022836A (en) * | 2016-08-05 | 2018-02-08 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
| US10546953B2 (en) | 2017-09-20 | 2020-01-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device including an electrode having a part with an inverse tapered shape |
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