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JP2018056294A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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JP2018056294A JP2016189828A JP2016189828A JP2018056294A JP 2018056294 A JP2018056294 A JP 2018056294A JP 2016189828 A JP2016189828 A JP 2016189828A JP 2016189828 A JP2016189828 A JP 2016189828A JP 2018056294 A JP2018056294 A JP 2018056294A
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Abstract

【課題】 金属層の異常成長物を好適に除去する技術を提供する。【解決手段】 半導体基板上に層間絶縁膜28を形成し、その層間絶縁膜28を表面からエッチングし、表面から裏面まで貫通するコンタクト溝50と、コンタクト溝50より浅い非コンタクト溝52を形成し、層間絶縁膜28の表面を複数の区画28aに区画する。層間絶縁膜28の表面と、コンタクト溝50の内面と、非コンタクト溝52の内面に、非コンタクト溝の深さより薄い第1金属層を形成する。その第1金属層の表面に、コンタクト溝内を満たすように第2金属層を形成し、その後にコンタクト溝内の第2金属層が残存するように第2金属層をエッチングする。第2金属層に生じる異常成長の最大サイズが規定され、第2金属層を過不足なくエッチングすることができる。【選択図】 図1[Problem] To provide a technology for suitably removing abnormal growths of a metal layer. [Solution] An interlayer insulating film 28 is formed on a semiconductor substrate, and the interlayer insulating film 28 is etched from the front surface to form contact trenches 50 penetrating from the front surface to the back surface, and non-contact trenches 52 shallower than the contact trenches 50, thereby partitioning the surface of the interlayer insulating film 28 into a plurality of sections 28a. A first metal layer thinner than the depth of the non-contact trenches is formed on the surface of the interlayer insulating film 28, the inner surfaces of the contact trenches 50, and the inner surfaces of the non-contact trenches 52. A second metal layer is formed on the surface of the first metal layer so as to fill the contact trenches, and then the second metal layer is etched so that the second metal layer remains in the contact trenches. The maximum size of abnormal growth occurring in the second metal layer is specified, and the second metal layer can be etched without excess or deficiency. [Selected Figure] Figure 1

Description

本明細書は、半導体装置の製造方法を開示する。   The present specification discloses a method for manufacturing a semiconductor device.

半導体基板の表面に形成されたトレンチ内にゲート電極が設けられており、半導体基板の表面とゲート電極の上部に層間絶縁膜が設けられる半導体装置が知られている。また、層間絶縁膜の上部に設けられる上部電極と半導体基板の電気的なコンタクトを図るため、層間絶縁膜の表面から裏面にまで貫通するコンタクト溝を形成する技術が知られている。この技術では、コンタクト溝の内面と層間絶縁膜の表面に第1金属層を成膜した上で、コンタクト溝内に第2金属層が充填される。   There is known a semiconductor device in which a gate electrode is provided in a trench formed on the surface of a semiconductor substrate, and an interlayer insulating film is provided on the surface of the semiconductor substrate and on the gate electrode. Also, a technique for forming a contact groove penetrating from the front surface to the back surface of the interlayer insulating film is known in order to make electrical contact between the upper electrode provided on the interlayer insulating film and the semiconductor substrate. In this technique, the first metal layer is formed on the inner surface of the contact groove and the surface of the interlayer insulating film, and then the second metal layer is filled in the contact groove.

第1金属層に欠陥が存在すると、当該欠陥の位置に成膜される第2金属層が膨張し、第2金属層の異常成長が生じる。異常成長物は、第1金属層を剥がしながら進行し、そのサイズが大きくなる。異常成長物が存在すると、その上部に形成される上部電極の平坦性が低下する。その結果、上部電極に応力が加わり、クラックが生じる場合がある。このため、異常成長物が存在すると、半導体装置の信頼性に影響する。   When a defect exists in the first metal layer, the second metal layer formed at the position of the defect expands, and abnormal growth of the second metal layer occurs. The abnormally grown product proceeds while peeling off the first metal layer, and its size increases. If abnormal growth exists, the flatness of the upper electrode formed on the upper part is lowered. As a result, stress may be applied to the upper electrode, causing cracks. For this reason, the presence of abnormal growth affects the reliability of the semiconductor device.

このような異常成長物を除去する方法が特許文献1に開示されている。特許文献1では、コンタクト溝内に充填した第2金属層上にレジストを形成し、層間絶縁膜上に異常成長した第2金属層の異常成長物をエッチングにより除去する。   Patent Document 1 discloses a method for removing such abnormal growth. In Patent Document 1, a resist is formed on the second metal layer filled in the contact groove, and the abnormally grown product of the second metal layer abnormally grown on the interlayer insulating film is removed by etching.

特開平6−236874号公報JP-A-6-236874

異常成長が進行し続けると、異常成長物のサイズがその分大きくなっていく。現在の技術では、異常成長物の最大サイズを正確に規定することができない。特に半導体基板の厚み方向における異常成長物のサイズを規定することが困難である。このため、特許文献1の技術があっても、そのエッチング量を過不足なく設定することが困難である。上記したように、異常成長物が除去しきれない場合には、上部電極を平坦に形成することができず、半導体装置の信頼性が低下する。本明細書は、異常成長物のサイズを管理し、過不足のないエッチング量を設定可能とする技術を開示する。   As abnormal growth continues, the size of abnormal growth increases accordingly. Current technology cannot accurately define the maximum size of abnormal growth. In particular, it is difficult to define the size of abnormally grown products in the thickness direction of the semiconductor substrate. For this reason, even if there exists a technique of patent document 1, it is difficult to set the etching amount without excess and deficiency. As described above, when the abnormal growth cannot be removed, the upper electrode cannot be formed flat, and the reliability of the semiconductor device is lowered. The present specification discloses a technique capable of managing the size of abnormally grown products and setting an etching amount without excess or deficiency.

異常成長現象を研究した結果、下記が判明した。第2金属層の異常成長は、第1金属層を剥がしながら層間絶縁膜の面方向に進行する。その異常成長物がコンタクト溝の周縁に到達すると、層間絶縁膜の表面とコンタクト溝の側面との境界において前記面方向の力が作用し第1金属膜が割れる。これにより、第2金属層の異常成長が停止する。すなわち、異常成長物がコンタクト溝の周縁に到達するまでは異常成長現象が続き、異常成長物がコンタクト溝の周縁に到達したときに異常成長が停止する。上記の知見から、異常成長物のサイズを管理することができ、異常成長物を除去するためにエッチング量を過不足なく設定可能とできるとする着想が得られた。   As a result of studying the abnormal growth phenomenon, the following was found. Abnormal growth of the second metal layer proceeds in the plane direction of the interlayer insulating film while peeling off the first metal layer. When the abnormally grown product reaches the periphery of the contact groove, the force in the surface direction acts on the boundary between the surface of the interlayer insulating film and the side surface of the contact groove, and the first metal film is broken. Thereby, the abnormal growth of the second metal layer stops. That is, the abnormal growth phenomenon continues until the abnormally grown product reaches the peripheral edge of the contact groove, and the abnormal growth stops when the abnormally grown product reaches the peripheral edge of the contact groove. From the above knowledge, the idea has been obtained that the size of the abnormally grown product can be managed, and the etching amount can be set without excess or deficiency in order to remove the abnormally grown product.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、その層間絶縁膜を表面からエッチングし、層間絶縁膜の表面から裏面まで貫通するコンタクト溝と、そのコンタクト溝より浅い非コンタクト溝を形成し、層間絶縁膜の表面を複数に区画する工程と、層間絶縁膜の表面と、コンタクト溝の内面と、非コンタクト溝の内面に、非コンタクト溝の深さよりも薄い第1金属層を形成する工程と、その第1金属層の表面に、コンタクト溝内を満たすように第2金属層を形成する工程と、コンタクト溝内の第2金属層が残存するように、第2金属層をエッチングする工程を備える。   A method of manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification includes a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a contact groove that etches the interlayer insulating film from the surface, and penetrates from the surface to the back surface of the interlayer insulating film, Forming a non-contact groove shallower than the contact groove and partitioning the surface of the interlayer insulating film into a plurality of layers, the surface of the interlayer insulating film, the inner surface of the contact groove, and the inner surface of the non-contact groove, Forming a first metal layer thinner than the first metal layer; forming a second metal layer on the surface of the first metal layer so as to fill the contact groove; and leaving the second metal layer in the contact groove. Thus, a step of etching the second metal layer is provided.

上記の製造方法では、コンタクト溝の他に、非コンタクト溝を層間絶縁膜の表面に形成する。このため、第2金属層が異常成長した場合であっても、異常成長物が非コンタクト溝の周縁に到達すると、層間絶縁膜の表面と非コンタクト溝の側面との境界において第1金属層に面方向の力が作用する。第1金属層の厚みは非コンタクト溝の深さよりも薄いため、当該境界において第1金属層が割れる。これにより、第2金属層の異常成長が停止する。さらに、層間絶縁膜の表面は、コンタクト溝と非コンタクト溝によって複数に区画されている。このため、各区画の面積を調整することによって、異常成長物の成長サイズを所望のサイズに管理することができる。   In the above manufacturing method, in addition to the contact groove, a non-contact groove is formed on the surface of the interlayer insulating film. For this reason, even when the second metal layer grows abnormally, when the abnormally grown product reaches the periphery of the non-contact trench, the first metal layer is formed at the boundary between the surface of the interlayer insulating film and the side surface of the non-contact trench. Surface force acts. Since the thickness of the first metal layer is thinner than the depth of the non-contact groove, the first metal layer breaks at the boundary. Thereby, the abnormal growth of the second metal layer stops. Furthermore, the surface of the interlayer insulating film is partitioned into a plurality of parts by contact grooves and non-contact grooves. For this reason, by adjusting the area of each section, the growth size of the abnormally grown product can be managed to a desired size.

なお、コンタクト溝を形成する工程と非コンタクト溝を形成する工程は、別々に実施してもよいし、同時に実施してもよい。   Note that the step of forming the contact groove and the step of forming the non-contact groove may be performed separately or simultaneously.

実施例のMOSFET10の平面図。The top view of MOSFET10 of an Example. 図1のII−II線における断面図。Sectional drawing in the II-II line of FIG. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example. 実施例のMOSFET10の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of MOSFET10 of an Example.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法の一実施例を、図面を参照して説明する。本実施例の製造方法によって製造される半導体装置は、パワー半導体装置の一種であり、例えば、モータ等の負荷へ電流を流す電力供給回路に用いられる。   One embodiment of a semiconductor device manufacturing method disclosed in this specification will be described with reference to the drawings. The semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment is a kind of power semiconductor device, and is used, for example, in a power supply circuit that supplies current to a load such as a motor.

まず本実施例に係る製造方法によって製造されるMOSFET10について説明する。図1と図2に示すように、MOSFET10は、半導体基板12と、電極、絶縁層等を備えている。なお、図1では、図の見易さのため、半導体基板12の表面12a上(層間絶縁膜28より上側)の構成の図示を省略している。以下では、表面12aを平面視したときにトレンチ22が長く伸びる方向をy方向といい、表面12aに平行でy方向に直交する方向をx方向という。また、半導体基板12の厚み方向をz方向という。半導体基板12は、例えば、Siによって構成されている。   First, the MOSFET 10 manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the MOSFET 10 includes a semiconductor substrate 12, an electrode, an insulating layer, and the like. In FIG. 1, the illustration of the configuration on the surface 12 a of the semiconductor substrate 12 (above the interlayer insulating film 28) is omitted for easy viewing. Hereinafter, a direction in which the trench 22 extends long when the surface 12a is viewed in plan is referred to as a y direction, and a direction parallel to the surface 12a and orthogonal to the y direction is referred to as an x direction. The thickness direction of the semiconductor substrate 12 is referred to as the z direction. The semiconductor substrate 12 is made of, for example, Si.

半導体基板12の表面12aには、複数のトレンチ22が設けられている。図1に破線で示すように、各トレンチ22はy方向に直線状に長く伸びている。各トレンチ22は、x方向に間隔を空けて配列されている。   A plurality of trenches 22 are provided on the surface 12 a of the semiconductor substrate 12. As indicated by broken lines in FIG. 1, each trench 22 extends linearly in the y direction. The trenches 22 are arranged at intervals in the x direction.

図2に示すように、トレンチ22の内面は、ゲート絶縁膜24によって覆われている。トレンチ22内には、ゲート電極26が配置されている。ゲート電極26は、ゲート絶縁膜24によって半導体基板12から絶縁されている。   As shown in FIG. 2, the inner surface of the trench 22 is covered with a gate insulating film 24. A gate electrode 26 is disposed in the trench 22. The gate electrode 26 is insulated from the semiconductor substrate 12 by the gate insulating film 24.

半導体基板12の表面12a及びゲート電極26の表面は、層間絶縁膜28によって覆われている。層間絶縁膜28は、例えば、酸化シリコン(SiO)によって構成されている。層間絶縁膜28には、コンタクト溝50及び非コンタクト溝52が形成されている。 The surface 12 a of the semiconductor substrate 12 and the surface of the gate electrode 26 are covered with an interlayer insulating film 28. The interlayer insulating film 28 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ). Contact grooves 50 and non-contact grooves 52 are formed in the interlayer insulating film 28.

コンタクト溝50は、層間絶縁膜28の表面から裏面まで貫通している。図1に示すように、コンタクト溝50は、平面視において、トレンチ22によって挟まれた範囲に形成されている。トレンチ22の上部には、コンタクト溝50は形成されていない。コンタクト溝50は、平面視において、x方向に等間隔でy方向に伸びる部分50aと、y方向に等間隔でx方向に伸びる部分50bにより格子状に形成されている。   The contact groove 50 penetrates from the front surface to the back surface of the interlayer insulating film 28. As shown in FIG. 1, the contact groove 50 is formed in a range sandwiched by the trenches 22 in plan view. The contact groove 50 is not formed in the upper part of the trench 22. The contact grooves 50 are formed in a lattice shape in a plan view by portions 50a extending in the y direction at equal intervals in the x direction and portions 50b extending in the x direction at equal intervals in the y direction.

非コンタクト溝52は、コンタクト溝50より浅い。すなわち、非コンタクト溝52は、層間絶縁膜28の裏面まで達していない。非コンタクト溝52は、トレンチ22の上部とその近傍に形成されている。詳細には、図1に示すように、非コンタクト溝52は、トレンチの上部に沿ってy方向に伸びる部分52aと、部分52aからy方向に等間隔でx方向に伸びる複数の部分52bとにより構成されている。   The non-contact groove 52 is shallower than the contact groove 50. That is, the non-contact trench 52 does not reach the back surface of the interlayer insulating film 28. The non-contact groove 52 is formed in the upper part of the trench 22 and in the vicinity thereof. Specifically, as shown in FIG. 1, the non-contact groove 52 includes a portion 52 a extending in the y direction along the upper portion of the trench and a plurality of portions 52 b extending in the x direction at equal intervals from the portion 52 a in the y direction. It is configured.

図1に示すように、平面視すると、コンタクト溝50と非コンタクト溝52は、格子状に形成されている。コンタクト溝50と非コンタクト溝52は、それぞれが隣接する点において段差を有して接続されている。コンタクト溝50と非コンタクト溝52によって、層間絶縁膜28の表面が複数の矩形領域28aに区画されている。   As shown in FIG. 1, when viewed in plan, the contact grooves 50 and the non-contact grooves 52 are formed in a lattice shape. The contact groove 50 and the non-contact groove 52 are connected with a step at a point where they are adjacent to each other. The contact trench 50 and the non-contact trench 52 divide the surface of the interlayer insulating film 28 into a plurality of rectangular regions 28a.

図2に示すように、層間絶縁膜28の表面と、コンタクト溝50の内面と、非コンタクト溝52の内面には、第1金属層40が被膜されている。第1金属層40は、チタン(Ti)によって構成されているTi層と、窒化チタン(TiN)によって構成されているTiN層を有している。Ti層が層間絶縁膜28の表面と、コンタクト溝50の内面と、非コンタクト溝52の内面に接しており、TiN層がTi層上に積層されている。第1金属層40の厚みは、非コンタクト溝52の深さより薄い。   As shown in FIG. 2, the first metal layer 40 is coated on the surface of the interlayer insulating film 28, the inner surface of the contact groove 50, and the inner surface of the non-contact groove 52. The first metal layer 40 has a Ti layer made of titanium (Ti) and a TiN layer made of titanium nitride (TiN). The Ti layer is in contact with the surface of the interlayer insulating film 28, the inner surface of the contact groove 50, and the inner surface of the non-contact groove 52, and the TiN layer is laminated on the Ti layer. The thickness of the first metal layer 40 is thinner than the depth of the non-contact groove 52.

コンタクト溝50内の第1金属層40よりも上側の空間と、非コンタクト溝52内の第1金属層40よりも上側の空間には、第2金属層42が隙間なく充填されている。第2金属層42は、タングステン(W)によって構成されている。第2金属層42の表面と層間絶縁膜28の表面は略同一の高さとなっている。したがって、第2金属層42の表面と層間絶縁膜28の表面によって略平坦な平面が構成されている。   The space above the first metal layer 40 in the contact groove 50 and the space above the first metal layer 40 in the non-contact groove 52 are filled with the second metal layer 42 without a gap. The second metal layer 42 is made of tungsten (W). The surface of the second metal layer 42 and the surface of the interlayer insulating film 28 have substantially the same height. Therefore, a substantially flat plane is formed by the surface of the second metal layer 42 and the surface of the interlayer insulating film 28.

第1金属層40上及び第2金属層42上には、上部電極70が形成されている。上部電極70は、例えば、アルミニウム(Al)によって構成されている。上部電極70は、第1金属層40上及び第2金属層42上のほぼ全域を覆っている。上部電極70は、層間絶縁膜28によってゲート電極26から絶縁されている。   An upper electrode 70 is formed on the first metal layer 40 and the second metal layer 42. The upper electrode 70 is made of, for example, aluminum (Al). The upper electrode 70 covers almost the entire area on the first metal layer 40 and the second metal layer 42. The upper electrode 70 is insulated from the gate electrode 26 by the interlayer insulating film 28.

なお、非コンタクト溝52内の空間には第2金属層42が充填されていなくてもよい。非コンタクト溝52内の空間は、第2金属層42の代わりに上部電極70により充填されていてもよい。また、層間絶縁膜28の表面及び非コンタクト溝52の内面には第1金属層40が被膜されていなくてもよい。   Note that the space in the non-contact groove 52 may not be filled with the second metal layer 42. The space in the non-contact groove 52 may be filled with the upper electrode 70 instead of the second metal layer 42. Further, the first metal layer 40 may not be coated on the surface of the interlayer insulating film 28 and the inner surface of the non-contact groove 52.

次に、半導体基板12の内部の構造について説明する。図2に示すように、半導体基板12には、ソース領域30、ボディ領域32、ドリフト領域33、ドレイン領域34が形成されている。   Next, the internal structure of the semiconductor substrate 12 will be described. As shown in FIG. 2, a source region 30, a body region 32, a drift region 33, and a drain region 34 are formed in the semiconductor substrate 12.

ソース領域30は、n型領域であり、半導体基板12の表面に露出している。ソース領域30は、ゲート絶縁膜24に接している。   The source region 30 is an n-type region and is exposed on the surface of the semiconductor substrate 12. The source region 30 is in contact with the gate insulating film 24.

ボディ領域32は、p型領域であり、ソース領域30に接している。ボディ領域32は、ソース領域30の間の範囲で、半導体基板12の表面に露出している。ボディ領域32は、ソース領域30の下側でゲート絶縁膜24に接している。   Body region 32 is a p-type region and is in contact with source region 30. The body region 32 is exposed on the surface of the semiconductor substrate 12 in a range between the source regions 30. The body region 32 is in contact with the gate insulating film 24 below the source region 30.

ドリフト領域33は、n型領域であり、ボディ領域32の下側に形成されている。ドリフト領域33は、ボディ領域32によってソース領域30から分離されている。ドリフト領域33は、ボディ領域32の下側でゲート絶縁膜24に接している。ドリフト領域33のn型不純物濃度は、ソース領域30よりも低い。   The drift region 33 is an n-type region and is formed below the body region 32. The drift region 33 is separated from the source region 30 by the body region 32. The drift region 33 is in contact with the gate insulating film 24 below the body region 32. The drift region 33 has an n-type impurity concentration lower than that of the source region 30.

ドレイン領域34は、n型領域であり、ドリフト領域33の下側に形成されている。ドレイン領域34は、ドリフト領域33によってボディ領域32から分離されている。ドレイン領域34は、半導体基板12の裏面12bに露出している。半導体基板12の裏面12bの全域には、下部電極80が形成されている。   The drain region 34 is an n-type region and is formed below the drift region 33. The drain region 34 is separated from the body region 32 by the drift region 33. The drain region 34 is exposed on the back surface 12 b of the semiconductor substrate 12. A lower electrode 80 is formed on the entire back surface 12 b of the semiconductor substrate 12.

次に、本実施例のMOSFET10の製造方法の一例について説明する。なお以下では、本実施例の特徴である工程のみを説明する。したがって、実際の製造方法には、必要に応じて以下の説明に含まれない1又は複数の工程が含まれ得る。   Next, an example of a method for manufacturing the MOSFET 10 of this embodiment will be described. In the following, only the process that is a feature of the present embodiment will be described. Therefore, an actual manufacturing method may include one or a plurality of steps that are not included in the following description as necessary.

まず、図3に示すMOSFET10の形成前の半導体基板12を準備する。この半導体基板12は、ドリフト領域33、ボディ領域32及びソース領域30を有している。ボディ領域32及びソース領域30は、イオン注入やエピタキシャル成長等の従来公知の方法によって形成することができる。さらに、図4に示すように、従来公知の方法により、トレンチ22、ゲート絶縁膜24及びゲート電極26を形成する。   First, the semiconductor substrate 12 before the formation of the MOSFET 10 shown in FIG. 3 is prepared. The semiconductor substrate 12 has a drift region 33, a body region 32, and a source region 30. The body region 32 and the source region 30 can be formed by a conventionally known method such as ion implantation or epitaxial growth. Further, as shown in FIG. 4, a trench 22, a gate insulating film 24, and a gate electrode 26 are formed by a conventionally known method.

次に、図5に示すように、半導体基板12の表面12a及びゲート電極26の表面に層間絶縁膜28を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, an interlayer insulating film 28 is formed on the surface 12 a of the semiconductor substrate 12 and the surface of the gate electrode 26.

次に、図6、7に示すように、層間絶縁膜28を部分的にエッチングすることによって、非コンタクト溝52を形成する。非コンタクト溝52は、半導体基板12と後の工程で形成される上部電極70がコンタクトしない領域に形成される。例えば、非コンタクト溝52はトレンチ22の上部に形成される。本実施例では、図7に示すように、トレンチ22の上部においてy方向に伸びる部分52aと、これに直交するようにx方向に伸びy方向に等間隔に配置される複数の部分52bとにより構成される非コンタクト溝52が形成される。非コンタクト溝52の深さは、層間絶縁膜28を貫通しない深さであり、後述する第1金属層40の厚みより深い。   Next, as shown in FIGS. 6 and 7, the non-contact trench 52 is formed by partially etching the interlayer insulating film 28. The non-contact groove 52 is formed in a region where the semiconductor substrate 12 and the upper electrode 70 formed in a later process are not in contact with each other. For example, the non-contact groove 52 is formed in the upper part of the trench 22. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the upper portion of the trench 22 includes a portion 52 a extending in the y direction and a plurality of portions 52 b extending in the x direction so as to be orthogonal thereto and arranged at equal intervals in the y direction. A non-contact groove 52 is formed. The depth of the non-contact trench 52 is a depth that does not penetrate the interlayer insulating film 28 and is deeper than the thickness of the first metal layer 40 described later.

次に、図8、9に示すように、層間絶縁膜28を部分的にエッチングすることによって、その表面から裏面まで貫通するコンタクト溝50を形成する。コンタクト溝50は、半導体基板12と上部電極70がコンタクトする領域に形成される。例えば、コンタクト溝50の底面にボディ領域32等が露出するように形成される。本実施例では、図9に示すように、y方向に伸びる複数の部分50aと、x方向に伸びる複数の部分50bとにより構成されるコンタクト溝50が形成される。   Next, as shown in FIGS. 8 and 9, the interlayer insulating film 28 is partially etched to form a contact groove 50 penetrating from the front surface to the back surface. The contact groove 50 is formed in a region where the semiconductor substrate 12 and the upper electrode 70 are in contact with each other. For example, the body region 32 is formed on the bottom surface of the contact groove 50 so as to be exposed. In the present embodiment, as shown in FIG. 9, a contact groove 50 constituted by a plurality of portions 50a extending in the y direction and a plurality of portions 50b extending in the x direction is formed.

図9から明らかなように、平面視すると、コンタクト溝50と非コンタクト溝52は、格子状に形成される。別言すると、コンタクト溝50と非コンタクト溝52によって、層間絶縁膜28の表面が複数の矩形領域28aに区画される。コンタクト溝50と非コンタクト溝52は、それぞれが隣接する点において段差を有して接続されている。   As is apparent from FIG. 9, when viewed in plan, the contact grooves 50 and the non-contact grooves 52 are formed in a lattice shape. In other words, the contact trench 50 and the non-contact trench 52 divide the surface of the interlayer insulating film 28 into a plurality of rectangular regions 28a. The contact groove 50 and the non-contact groove 52 are connected with a step at a point where they are adjacent to each other.

次に、図10に示すように、スパッタリングによって、層間絶縁膜28の表面と、コンタクト溝50の内面と、非コンタクト溝52の内面に第1金属層40を形成する。第1金属層40を構成するTi層とTiN層を順に成長させる。第1金属層40の厚みは、非コンタクト溝52の深さ(層間絶縁膜の表面から非コンタクト溝の底面までの距離)よりも薄い。第1金属層40の厚みが薄いので、コンタクト溝50及び非コンタクト溝52の内面にも好適に第1金属層40が成長する。   Next, as shown in FIG. 10, the first metal layer 40 is formed on the surface of the interlayer insulating film 28, the inner surface of the contact groove 50, and the inner surface of the non-contact groove 52 by sputtering. A Ti layer and a TiN layer constituting the first metal layer 40 are grown in order. The thickness of the first metal layer 40 is thinner than the depth of the non-contact groove 52 (the distance from the surface of the interlayer insulating film to the bottom surface of the non-contact groove). Since the thickness of the first metal layer 40 is thin, the first metal layer 40 preferably grows also on the inner surfaces of the contact groove 50 and the non-contact groove 52.

次に、図11に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって、第1金属層40の表面に、コンタクト溝50内を満たすように第2金属層42を形成する。詳細には、第2金属層42は、コンタクト溝50内、非コンタクト溝52内及び層間絶縁膜28の表面に成長する。なお、第2金属層42を形成する際には、第1金属層40によって、第2金属層42を構成している元素(すなわち、タングステン)が半導体基板12に拡散することが防止される。これにより、半導体基板12のコンタクト部分に欠陥等が形成されることが防止される。   Next, as shown in FIG. 11, the second metal layer 42 is formed on the surface of the first metal layer 40 so as to fill the contact groove 50 by CVD (Chemical Vapor Deposition). Specifically, the second metal layer 42 grows in the contact trench 50, the non-contact trench 52, and the surface of the interlayer insulating film 28. When the second metal layer 42 is formed, the first metal layer 40 prevents the elements (that is, tungsten) constituting the second metal layer 42 from diffusing into the semiconductor substrate 12. This prevents defects and the like from being formed in the contact portion of the semiconductor substrate 12.

次に、図12に示すように、コンタクト溝50内の第2金属層42が残存するように、第2金属層42をエッチングする。ここでは、層間絶縁膜28の上部の第2金属層42を除去し、コンタクト溝50内及び非コンタクト溝52内に第2金属層42を残存させる。より詳細には、コンタクト溝50内に残存する第2金属層42の表面が第1金属層40の表面と略一致するように、エッチングを行う。   Next, as shown in FIG. 12, the second metal layer 42 is etched so that the second metal layer 42 in the contact groove 50 remains. Here, the second metal layer 42 on the upper part of the interlayer insulating film 28 is removed, and the second metal layer 42 is left in the contact groove 50 and the non-contact groove 52. More specifically, the etching is performed so that the surface of the second metal layer 42 remaining in the contact groove 50 substantially matches the surface of the first metal layer 40.

次に、層間絶縁膜28上の第1金属層40の表面と、コンタクト溝50内及び非コンタクト溝52内の第2金属層42の表面に上部電極70を形成する。次に、半導体基板12の裏面12bにn型不純物を注入して、ドレイン領域34を形成する。次に、半導体基板12の裏面に下部電極80を形成する。以上の工程によって、図2に示すMOSFET10が完成する。   Next, the upper electrode 70 is formed on the surface of the first metal layer 40 on the interlayer insulating film 28 and on the surface of the second metal layer 42 in the contact groove 50 and the non-contact groove 52. Next, an n-type impurity is implanted into the back surface 12 b of the semiconductor substrate 12 to form the drain region 34. Next, the lower electrode 80 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 12. Through the above steps, MOSFET 10 shown in FIG. 2 is completed.

従来の半導体装置(すなわち、非コンタクト溝を有さない半導体装置)では、半導体基板と上部電極がコンタクトしない領域においては、層間絶縁膜の表面が広くなっている。このため、当該領域において第2金属層の異常成長が生じた場合、異常成長物が大きなサイズとなる。したがって、エッチング量を規定することが困難となり、異常成長物をエッチングしきれない場合には半導体装置の信頼性に影響する。しかしながら、本実施例の製造方法では、半導体基板12と上部電極70がコンタクトしない領域に非コンタクト溝52を形成する工程を備えている。そして、コンタクト溝50と非コンタクト溝52によって層間絶縁膜28の表面が複数の矩形領域28aに区画されている。このため、その後の第2金属層42の形成の際に、第2金属層42の異常成長が生じた場合でも、その成長を矩形領域28a内に留めることができる。矩形領域28aの面積を調節することで、異常成長物の成長サイズを一定の大きさに管理することができる。このため、第2金属層42のエッチング量を、矩形領域28aに対する異常成長物の最大成長サイズをエッチング可能な量に調整することで、層間絶縁膜28上の第2金属層42を確実に除去することができる。すなわち、第2金属層42のエッチング量の規定を簡易とすることができる。   In a conventional semiconductor device (that is, a semiconductor device having no non-contact groove), the surface of the interlayer insulating film is wide in a region where the semiconductor substrate and the upper electrode are not in contact. For this reason, when the abnormal growth of the second metal layer occurs in the region, the abnormally grown product has a large size. Therefore, it becomes difficult to define the etching amount, and the reliability of the semiconductor device is affected when the abnormally grown product cannot be etched. However, the manufacturing method of this embodiment includes a step of forming a non-contact groove 52 in a region where the semiconductor substrate 12 and the upper electrode 70 do not contact each other. The surface of the interlayer insulating film 28 is partitioned into a plurality of rectangular regions 28 a by the contact grooves 50 and the non-contact grooves 52. Therefore, even when abnormal growth of the second metal layer 42 occurs during the subsequent formation of the second metal layer 42, the growth can be kept within the rectangular region 28a. By adjusting the area of the rectangular region 28a, the growth size of the abnormally grown product can be managed to a constant size. For this reason, the second metal layer 42 on the interlayer insulating film 28 is surely removed by adjusting the etching amount of the second metal layer 42 so that the maximum growth size of the abnormally grown material in the rectangular region 28a can be etched. can do. That is, it is possible to simplify the regulation of the etching amount of the second metal layer 42.

なお、上述した実施例では、非コンタクト溝52を形成する工程と、コンタクト溝50を形成する工程を別々に実施する例を記載したが、これらを一工程で同時に形成してもよい。非コンタクト溝52とコンタクト溝50を同時に形成するには、例えば、非コンタクト溝52の幅をコンタクト溝50の幅よりも狭くすることにより、非コンタクト溝52のエッチングレートをコンタクト溝50のエッチングレートより遅くする。これにより、コンタクト溝50より浅い非コンタクト溝52をコンタクト溝50と同時に形成することができる。非コンタクト溝52は、上部電極70と半導体基板12のコンタクトに寄与しないため、非コンタクト溝52の幅を狭く形成しても半導体装置の性能に影響しない。   In the above-described embodiment, the example in which the step of forming the non-contact groove 52 and the step of forming the contact groove 50 are described separately, but these may be simultaneously formed in one step. In order to form the non-contact groove 52 and the contact groove 50 at the same time, for example, by making the width of the non-contact groove 52 narrower than the width of the contact groove 50, the etching rate of the non-contact groove 52 is set to the etching rate of the contact groove 50. Make it slower. Thereby, the non-contact groove 52 shallower than the contact groove 50 can be formed simultaneously with the contact groove 50. Since the non-contact groove 52 does not contribute to the contact between the upper electrode 70 and the semiconductor substrate 12, even if the width of the non-contact groove 52 is narrowed, the performance of the semiconductor device is not affected.

また、第2金属層42をエッチングする工程において、非コンタクト溝52内の第2金属層42を除去するようにしてもよい。また、同工程において、コンタクト溝50内以外(層間絶縁膜28の表面及び非コンタクト溝52の内面)の第1金属層40を同時に除去してもよい。   Further, in the step of etching the second metal layer 42, the second metal layer 42 in the non-contact groove 52 may be removed. In the same step, the first metal layer 40 other than in the contact trench 50 (the surface of the interlayer insulating film 28 and the inner surface of the non-contact trench 52) may be removed simultaneously.

また、領域28aの形状は矩形に限られない。コンタクト溝50及び非コンタクト溝52のパターンを適宜変更して、領域28aを多角形状、円形状等に形成してもよい。   Further, the shape of the region 28a is not limited to a rectangle. The region 28a may be formed in a polygonal shape, a circular shape, or the like by appropriately changing the pattern of the contact groove 50 and the non-contact groove 52.

また、領域28aの面内における最大長さは、上部電極70の厚み以下であってもよい。この構成によると、第2金属層42の異常成長物が領域28aにおける最大サイズとなっても、上部電極70により覆うことができる。   Further, the maximum length in the plane of the region 28 a may be equal to or less than the thickness of the upper electrode 70. According to this configuration, the abnormally grown product of the second metal layer 42 can be covered with the upper electrode 70 even if it reaches the maximum size in the region 28a.

また、上述した実施例では、MOSFETについて説明したが、IGBTの製造工程において本明細書に開示の技術を適用してもよい。上述した実施例において、n型のドレイン領域に代えてp型のコレクタ領域を形成することで、IGBTを得ることができる。   In the above-described embodiments, the MOSFET has been described. However, the technology disclosed in this specification may be applied in the manufacturing process of the IGBT. In the embodiment described above, an IGBT can be obtained by forming a p-type collector region instead of the n-type drain region.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

10:MOSFET
12:半導体基板
12a:表面
12b:裏面
22:トレンチ
24:ゲート絶縁膜
26:ゲート電極
28:層間絶縁膜
28a:矩形領域
30:ソース領域
32:ボディ領域
33:ドリフト領域
34:ドレイン領域
40:第1金属層
42:第2金属層
50:コンタクト溝
52:非コンタクト溝
70:上部電極
80:下部電極
10: MOSFET
12: semiconductor substrate 12a: front surface 12b: back surface 22: trench 24: gate insulating film 26: gate electrode 28: interlayer insulating film 28a: rectangular region 30: source region 32: body region 33: drift region 34: drain region 40: first 1 metal layer 42: second metal layer 50: contact groove 52: non-contact groove 70: upper electrode 80: lower electrode

Claims (1)

半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を表面からエッチングし、前記層間絶縁膜の表面から裏面まで貫通するコンタクト溝と、前記コンタクト溝より浅い非コンタクト溝を形成し、前記層間絶縁膜の表面を複数に区画する工程と、
前記層間絶縁膜の表面と、前記コンタクト溝の内面と、前記非コンタクト溝の内面に、前記非コンタクト溝の深さよりも薄い第1金属層を形成する工程と、
前記第1金属層の表面に、前記コンタクト溝内を満たすように第2金属層を形成する工程と、
前記コンタクト溝内の前記第2金属層が残存するように、前記第2金属層をエッチングする工程、
を備える半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Etching the interlayer insulating film from the surface, forming a contact groove penetrating from the surface to the back surface of the interlayer insulating film and a non-contact groove shallower than the contact groove, and partitioning the surface of the interlayer insulating film into a plurality of layers; ,
Forming a first metal layer thinner than the depth of the non-contact groove on the surface of the interlayer insulating film, the inner surface of the contact groove, and the inner surface of the non-contact groove;
Forming a second metal layer on the surface of the first metal layer so as to fill the contact groove;
Etching the second metal layer such that the second metal layer in the contact groove remains;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
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