JP6264586B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。 This invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semi-conductor device.
従来、絶縁ゲート型半導体装置として、例えば、おもて面素子構造にトレンチゲート構造を採用した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)が公知である。以下に、従来のトレンチゲート構造のIGBT(以下、トレンチIGBTとする)の製造方法について、例えば、半導体基板の両面に金属電極を有する縦型のトレンチIGBTを例に説明する。 Conventionally, as an insulated gate semiconductor device, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) employing a trench gate structure as a front surface element structure is known. Hereinafter, a conventional trench gate structure IGBT (hereinafter, referred to as a trench IGBT) manufacturing method will be described by taking, for example, a vertical trench IGBT having metal electrodes on both sides of a semiconductor substrate.
図11,12は、従来の半導体装置の製造途中の断面構造を示す断面図である。図11,12では、トレンチゲート型IGBTの活性領域のみを図示し、活性領域を囲むように形成される耐圧構造部は図示を省略する(以下、図1,4〜9,13〜15においても同様に活性領域のみを図示する)。活性領域とは、半導体装置のオン時に電流が流れる領域である。耐圧構造部とは、半導体装置を構成するpn接合表面の電界強度を緩和し、所望の耐圧を実現する構造部である。 11 and 12 are cross-sectional views showing a cross-sectional structure during the manufacture of a conventional semiconductor device. 11 and 12, only the active region of the trench gate type IGBT is illustrated, and the breakdown voltage structure formed so as to surround the active region is not shown (hereinafter also in FIGS. 1, 4 to 9, and 13 to 15). Similarly, only the active region is illustrated). The active region is a region where current flows when the semiconductor device is turned on. The breakdown voltage structure is a structure that realizes a desired breakdown voltage by relaxing the electric field strength on the surface of the pn junction constituting the semiconductor device.
まず、図11に示すように、一般的な製造工程によって、ドリフト領域1となる半導体基板の活性領域のおもて面に、ゲート電極2、ゲート絶縁膜3、チャネル領域4およびソース領域5などのトレンチIGBTのおもて面素子構造を形成する。このとき、活性領域にトレンチIGBTのおもて面素子構造を形成するとともに、活性領域を囲むように耐圧構造部のおもて面素子構造(不図示)を形成する。つぎに、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法によって、半導体基板のおもて面の表面に層間絶縁膜107を形成する。
First, as shown in FIG. 11, the
つぎに、フォトリソグラフィによって、層間絶縁膜107にコンタクトホール111を形成する。これにより、コンタクトホール111には、ソース領域5が設けられているチャネル領域4と、このチャネル領域4に設けられたソース領域5の一部とが露出される。コンタクトホール111は、後の工程で半導体基板のおもて面に形成される金属電極層をチャネル領域4およびソース領域5に接続させるための開口部である。
Next, a
つぎに、図12に示すように、スパッタリングによって、層間絶縁膜107の表面に、例えば、アルミニウム(Al)等からなる金属電極層108を堆積する。これにより、金属電極層108は、コンタクトホール111内に埋め込まれ、コンタクトホール111を通してチャネル領域4およびソース領域5に接続される。つぎに、フォトリソグラフィによって金属電極層108をパターニングした後、金属電極層108の安定した接合性や良好な電気的特性を得るために熱アニール処理を行う。
Next, as shown in FIG. 12, a
つぎに、半導体基板のおもて面にパッシベーション膜(不図示)を形成する。つぎに、フォトリソグラフィによってパッシベーション膜をパターニングし、金属電極層108を露出させる。つぎに、金属電極層108の表面に金属めっき層を形成するための前処理およびジンケート処理を行った後、無電解めっき法によって、金属電極層108の表面に金属めっき層(不図示)を形成する。その後、半導体基板の裏面に、図示省略するコレクタ領域や裏面電極を形成することで縦型のトレンチIGBTが完成する。
Next, a passivation film (not shown) is formed on the front surface of the semiconductor substrate. Next, the passivation film is patterned by photolithography to expose the
このように半導体基板のおもて面に金属電極層を有する半導体装置の製造方法として、半導体基板上に積層した酸化膜上にレジストによってパターンを形成した後、等方性ドライエッチングにより酸化膜の途中までエッチングし、さらに異方性ドライエッチングにより半導体基板に達するまでエッチングすることによりコンタクトホールを形成し、コンタクトホール上にアルミニウムを順次積層してアルミニウム電極を形成し、さらにこのアルミニウム電極上にオーバーコート膜5を形成する方法が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。
As described above, as a method for manufacturing a semiconductor device having a metal electrode layer on the front surface of a semiconductor substrate, a pattern is formed with a resist on an oxide film stacked on the semiconductor substrate, and then the oxide film is formed by isotropic dry etching. Etching is performed halfway, and etching is performed until the semiconductor substrate is reached by anisotropic dry etching, and aluminum is sequentially laminated on the contact hole to form an aluminum electrode, and further over the aluminum electrode. A method of forming the
しかしながら、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、上述した従来の技術では、次のような問題が生じることが新たに判明した。図13〜15は、従来の半導体装置の製造途中の断面構造を示す断面図である。図13〜15は、図12に続く製造工程における半導体装置の断面構造である。上述した従来の半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜107とコンタクトホール111に露出する半導体基板との間に、層間絶縁膜107の厚さと同じ寸法の段差が生じる。
However, as a result of intensive studies by the inventor, it has been newly found that the following problems occur in the conventional technology described above. 13 to 15 are cross-sectional views showing a cross-sectional structure in the middle of manufacturing a conventional semiconductor device. 13 to 15 are cross-sectional structures of the semiconductor device in the manufacturing process subsequent to FIG. In the conventional semiconductor device manufacturing method described above, a step having the same dimension as the thickness of the
層間絶縁膜107の厚さが例えば0.5μm以上と厚い場合、層間絶縁膜107とコンタクトホール111に露出する半導体基板との間に生じる段差が大きくなり、層間絶縁膜107のステップカバレッジが悪くなる。このため、スパッタリングによって金属電極層108を形成するときに、コンタクトホール111の側壁での金属電極層108の成長が遅くなる。これにより、図12に示すように、金属電極層108に局所的にボイド112が形成される。ボイド112とは、金属電極層108の表面に生じる凹部や金属電極層108内部に生じる空洞である。図12では、金属電極層108の表面に生じた凹部を図示する。
When the thickness of the
金属電極層108にボイド112が発生した場合、金属電極層108のパターニングに用いるレジストマスクがボイド112内に入り込んでしまう。ボイド112内に入り込んだレジストは、灰化処理(アッシング)を行っても除去することができない。このため、図13に示すように、ボイド112内に有機系の残渣113が残ってしまう。ボイド112内に残った残渣113は金属電極層108のパターン形成後の熱アニール処理によって炭化する。そして、図14に示すように、炭化した残渣114は、金属電極層108のボイド112周辺の表面に付着する。
When the
金属電極層108のパターン形成後に金属電極層108表面に形成されるパッシベーション膜の残渣も、レジストの残渣114と同様に金属電極層108表面に残ってしまう。このように残渣114が金属電極層108表面に残ってしまった場合、図15に示すように、金属電極層108表面の残渣114が付着した部分には、金属めっき層109が形成されない。このため、金属めっき層109とワイヤ(不図示)とをはんだ接合するときに、金属電極層108表面の、金属めっき層109に覆われていない部分にはんだが達してしまい、半導体装置が破壊に至る虞がある。
The residue of the passivation film formed on the surface of the
金属めっき層109を形成せずに金属電極層108とワイヤとを直接はんだ接合する場合(不図示)においても、金属電極層108表面に残る有機系の残渣114によって電気的特性が劣化する。例えば、金属電極層108表面に残る有機系の残渣114によって金属電極層108とワイヤとの接合強度が低下する。そこで、金属電極層108のステップカバレッジを改善してボイド112の発生を抑えることで残渣114の発生を回避することが考えられる。しかしながら、この場合、次のような問題が生じる。
Even when the
ボイド112の発生を抑えることができる程度に金属電極層108のステップカバレッジを改善させる方法として、例えば、半導体基板の温度を上げた状態で、スパッタリングによって半導体基板のおもて面に金属電極層108を堆積する方法が挙げられる。しかし、シリコン(Si)からなる半導体基板表面にバリア膜を介さずにアルミニウム等からなる金属電極層108を形成する場合、半導体基板と金属電極層108とが直接接触する。
As a method for improving the step coverage of the
このため、半導体基板の温度を上げると、半導体基板にアロイスパイクが生じたり、半導体基板と金属電極層108との界面にシリコンが析出しコンタクト抵抗が増加してしまう。このような、アロイスパイクやシリコン析出によるコンタクト抵抗増加を回避するために、金属電極層108のリフロー効果を期待することができる400℃以上に半導体基板の温度を上げることができない。上述したような問題は、金属電極層108の内部にボイドが発生した場合においても同様に生じる。その理由は、例えば、金属電極層108表面に金属めっき層109をめっきするための前処理などで、金属電極層108の表面層が除去され、金属電極層108の内部のボイドが金属電極層108表面にあらわれる虞があるからである。
For this reason, when the temperature of the semiconductor substrate is raised, alloy spikes are generated in the semiconductor substrate, or silicon is deposited at the interface between the semiconductor substrate and the
また、上述した特許文献1に示す技術には、金属電極層のステップカバレッジを改善するための方法が提案されているが、コンタクトホールの形状と層間絶縁膜の厚さとの関係については開示されていない。金属電極層に発生するボイドについて言及されていないため、金属電極層にボイドが発生した場合、上述した問題が発生する虞がある。
Further, in the technique shown in
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、信頼性の高い半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention, in order to solve the problems in the conventional techniques described above, and an object thereof is to provide a manufacturing method and a semiconductor device having high reliability semiconductors devices.
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板のおもて面の表面層に、第2導電型半導体領域を形成する工程と、前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して第1電極を埋め込む工程と、前記第2導電型半導体領域の表面に、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の表面にレジストを形成し、前記レジストを選択的に開口する工程と、前記レジストをマスクとして等方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記トレンチが並ぶ方向の開口幅が前記半導体基板側に向かって狭まる第1開口部を形成する工程と、前記レジストをマスクとして異方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記第1開口部に連結され、かつ前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部を形成する工程と、前記層間絶縁膜上にアルミニウムを主成分とする材料でできている第2電極を2μm以上の厚さで形成すると共に、前記第1開口部および前記第2開口部に前記第2電極を埋め込む工程と、を含み、前記層間絶縁膜と前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さを、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅の0.28倍以下に形成する。
In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a second conductivity type semiconductor region on a surface layer of a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate. Forming a trench, penetrating the second conductive type semiconductor region and forming a trench reaching the first conductive type semiconductor region made of the semiconductor substrate, and a gate insulating film inside the trench through the first electrode Embedding, a step of forming an interlayer insulating film on the surface of the second conductivity type semiconductor region, a step of forming a resist on the surface of the interlayer insulating film, and selectively opening the resist, and the resist Forming a first opening in the interlayer insulating film in which the opening width in the direction in which the trenches are arranged narrows toward the semiconductor substrate, and masking the resist Forming a second opening connected to the first opening and exposing the front surface of the semiconductor substrate in the interlayer insulating film, and performing the anisotropic etching, and the interlayer insulating film Forming a second electrode made of a material mainly composed of aluminum with a thickness of 2 μm or more and embedding the second electrode in the first opening and the second opening. The thickness of the interlayer insulating film showing the step of the second electrode generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed in the contact hole provided in the interlayer insulating film is 0.5 μm or more, In addition, the first opening is formed to be 0.28 times or less the first opening width in the direction in which the trenches are arranged.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記層間絶縁膜の厚さを、前記第2開口部の、前記トレンチが並ぶ方向の第2開口幅の0.6倍以上に形成する。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, the thickness of the interlayer insulating film is 0.6 times or more the second opening width of the second opening in the direction in which the trenches are arranged. To form.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記レジストを、前記トレンチが並ぶ方向および当該トレンチが並ぶ方向と直交する方向にマトリクス状に複数開口する。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, a plurality of the resist are opened in a matrix in a direction in which the trenches are arranged and a direction perpendicular to the direction in which the trenches are arranged.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記レジストを、前記トレンチが並ぶ方向と直交する方向に延びるストライプ状に開口する。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, the resist is opened in a stripe shape extending in a direction perpendicular to the direction in which the trenches are arranged.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、無電解めっき処理により前記第2電極の表面に無電解めっきを施す工程をさらに含む。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention further includes a step of performing electroless plating on the surface of the second electrode by electroless plating in the above-described invention .
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板のおもて面の表面層に、第2導電型半導体領域を形成する工程と、前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチを形成する工程と、前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して第1電極を埋め込む工程と、前記第2導電型半導体領域の表面に、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の表面にレジストを形成し、前記レジストを選択的に開口する工程と、前記レジストをマスクとして等方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記トレンチが並ぶ方向の開口幅が前記半導体基板側に向かって狭まる第1開口部を形成する工程と、前記レジストをマスクとして異方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記第1開口部に連結され、かつ前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部を形成する工程と、前記層間絶縁膜上にアルミニウムを主成分とする材料でできている第2電極を2μm以上の厚さで形成すると共に、前記第1開口部および前記第2開口部に前記第2電極を埋め込む工程と、を含み、前記層間絶縁膜と前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さを、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅の0.30倍以下に形成する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a second conductivity type on a surface layer of a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate. A step of forming a semiconductor region, a step of forming a trench penetrating the second conductive type semiconductor region and reaching the first conductive type semiconductor region formed of the semiconductor substrate, and a gate insulating film in the trench. Embedding one electrode, forming an interlayer insulating film on the surface of the second conductive semiconductor region, forming a resist on the surface of the interlayer insulating film, and selectively opening the resist; Performing isotropic etching using the resist as a mask to form a first opening in the interlayer insulating film in which an opening width in a direction in which the trenches are arranged narrows toward the semiconductor substrate side; and Forming a second opening connected to the first opening and exposing the front surface of the semiconductor substrate in the interlayer insulating film by performing anisotropic etching as a mask; and the interlayer insulating film Forming a second electrode made of a material mainly composed of aluminum with a thickness of 2 μm or more and embedding the second electrode in the first opening and the second opening. The thickness of the interlayer insulating film showing the step of the second electrode generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed in the contact hole provided in the interlayer insulating film is 0.5 μm or more, In addition, the first opening is formed to be 0.30 times or less the first opening width in the direction in which the trenches are arranged.
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、第1導電型の半導体基板のおもて面の表面層に設けられた第2導電型半導体領域と、前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチと、前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して埋め込まれた第1電極と、前記第2導電型半導体領域の前記第1導電型半導体領域に接する面に対して反対側の面に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の表面上に設けられ、当該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール内に埋め込まれた、アルミニウムを主成分とする材料でできている、厚さが2μm以上である第2電極と、を備え、前記コンタクトホールは、前記層間絶縁膜と前記第2電極との界面側の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅が、前記半導体基板側の当該トレンチが並ぶ方向の第2開口幅よりも広い第1開口部と、前記第1開口部の前記半導体基板側に連結され、前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部と、を有し、前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さが、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の前記第1開口幅の0.28倍以下である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention includes a second conductivity type semiconductor provided on a surface layer of a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate. An area, a trench that penetrates the second conductivity type semiconductor region and reaches the first conductivity type semiconductor region made of the semiconductor substrate, a first electrode embedded in the trench through a gate insulating film, and the first electrode An interlayer insulating film provided on a surface opposite to a surface in contact with the first conductive type semiconductor region of the two conductive type semiconductor region, and provided on the surface of the interlayer insulating film; provided on the interlayer insulating film; A second electrode having a thickness of 2 μm or more, which is made of a material mainly composed of aluminum and embedded in the contact hole, and the contact hole includes the interlayer insulating film and the second electrode Interface side with The first opening width in the direction in which the trenches are arranged is connected to the first opening portion wider than the second opening width in the direction in which the trenches are arranged on the semiconductor substrate side, and the semiconductor substrate side of the first opening portion. And a second opening that exposes a front surface of the semiconductor substrate, the step showing the step of the second electrode that occurs between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed to the contact hole The thickness of the interlayer insulating film is 0.5 μm or more and 0.28 times or less the first opening width of the first opening.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記層間絶縁膜の厚さが、前記第1開口部の前記第2開口幅の0.6倍以上である。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the thickness of the interlayer insulating film is 0.6 times or more the width of the second opening of the first opening.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記コンタクトホールは矩形状の平面形状を有し、複数の前記コンタクトホールが、前記トレンチが並ぶ方向および当該トレンチが並ぶ方向と直交する方向にマトリクス状に配置されている。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the contact hole has a rectangular planar shape, and the plurality of contact holes are in a direction perpendicular to the direction in which the trenches are arranged and the direction in which the trenches are arranged. Are arranged in a matrix.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記トレンチが並ぶ方向に沿って並列な複数の前記コンタクトホールが、当該トレンチが並ぶ方向と直交する方向に延びるストライプ状に配置されている。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the plurality of contact holes parallel in the direction in which the trenches are arranged are arranged in a stripe shape extending in a direction perpendicular to the direction in which the trenches are arranged. .
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第2電極の表面は、無電解めっきが施されている。 In the semiconductor device according to the present invention as described above, the surface of the second electrode is subjected to electroless plating.
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、第1導電型の半導体基板のおもて面の表面層に設けられた第2導電型半導体領域と、前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチと、前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して埋め込まれた第1電極と、前記第2導電型半導体領域の前記第1導電型半導体領域に接する面に対して反対側の面に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の表面上に設けられ、当該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール内に埋め込まれた、アルミニウムを主成分とする材料でできている、厚さが2μm以上である第2電極と、を備え、前記コンタクトホールは、前記層間絶縁膜と前記第2電極との界面側の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅が、前記半導体基板側の当該トレンチが並ぶ方向の第2開口幅よりも広い第1開口部と、前記第1開口部の前記半導体基板側に連結され、前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部と、を有し、前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さが、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の前記第1開口幅の0.28倍以下である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention includes a second conductivity type semiconductor provided on a surface layer of a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate. An area, a trench that penetrates the second conductivity type semiconductor region and reaches the first conductivity type semiconductor region made of the semiconductor substrate, a first electrode embedded in the trench through a gate insulating film, and the first electrode An interlayer insulating film provided on a surface opposite to a surface in contact with the first conductive type semiconductor region of the two conductive type semiconductor region, and provided on the surface of the interlayer insulating film; provided on the interlayer insulating film; A second electrode having a thickness of 2 μm or more, which is made of a material mainly composed of aluminum and embedded in the contact hole, and the contact hole includes the interlayer insulating film and the second electrode Interface side with The first opening width in the direction in which the trenches are arranged is connected to the first opening portion wider than the second opening width in the direction in which the trenches are arranged on the semiconductor substrate side, and the semiconductor substrate side of the first opening portion. And a second opening that exposes a front surface of the semiconductor substrate, the step showing the step of the second electrode that occurs between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed to the contact hole The thickness of the interlayer insulating film is 0.5 μm or more and 0.28 times or less the first opening width of the first opening.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、ジンケート処理を行った後に、前記無電解めっき処理を施す工程を行うことを特徴とする。 Further, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, after the zincate process is performed, the electroless plating process is performed.
上述した発明によれば、層間絶縁膜とコンタクトホールに露出する半導体基板との間に生じる段差が従来の半導体装置よりも緩和される。これにより、層間絶縁膜のステップカバレッジが従来よりも向上するので、層間絶縁膜上に形成される金属電極層にボイドが発生しない。このため、金属電極層表面にレジストの残渣を残さずに、金属電極層パターニング用のレジストマスクを除去することができる。したがって、金属電極層表面に一様に金属めっき膜を形成することができる。 According to the above-described invention, the step generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed in the contact hole is relaxed as compared with the conventional semiconductor device. Thereby, since the step coverage of the interlayer insulating film is improved as compared with the conventional case, no void is generated in the metal electrode layer formed on the interlayer insulating film. Therefore, the resist mask for patterning the metal electrode layer can be removed without leaving a resist residue on the surface of the metal electrode layer. Therefore, a metal plating film can be uniformly formed on the surface of the metal electrode layer.
本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができるという効果を奏する。 According to the method of manufacturing a semiconductor device and the semi-conductor device according to the present invention, an effect that it is possible to improve the reliability of the semiconductor device.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.
(実施の形態)
図1は、実施の形態にかかる半導体装置を示す断面図である。実施の形態にかかる半導体装置について、例えば、縦型のトレンチIGBTを例に説明する。図1に示すように、実施の形態にかかる半導体装置は、n-型ドリフト領域(第1導電型半導体領域)1となるn型(第1導電型)の半導体基板の活性領域のおもて面に、ゲート電極2、ゲート絶縁膜3、p型チャネル領域(p型ベース領域:第2導電型半導体領域)4およびn+型ソース領域5などのトレンチIGBTのおもて面素子構造が設けられている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an embodiment. The semiconductor device according to the embodiment will be described by taking, for example, a vertical trench IGBT as an example. As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the embodiment has an active region of an n-type (first conductivity type) semiconductor substrate that becomes an n − -type drift region (first conductivity type semiconductor region) 1. The front surface element structure of the trench IGBT such as the
具体的には、半導体基板のおもて面の表面層に、p型チャネル領域4が設けられている。p型チャネル領域4を貫通しn-型ドリフト領域1に達するトレンチ6が設けられている。複数のトレンチ6は、トレンチの短手方向に並列にストライプ状に配置されている。トレンチ6の内部には、ゲート絶縁膜3を介してゲート電極(第1電極)2が埋め込まれている。n+型ソース領域5は、p型チャネル領域4の表面層に選択的に設けられている。
Specifically, the p-
また、n+型ソース領域5は、トレンチ6の側壁に形成されたゲート絶縁膜3に接する。半導体基板のおもて面、すなわちp型チャネル領域4のn-型ドリフト領域1に接する面に対して反対側の面には、層間絶縁膜7が設けられている。層間絶縁膜7は、例えば酸化膜や窒化膜であってもよい。層間絶縁膜7の厚さt1は、例えば0.5μm以上であってもよい。層間絶縁膜7には、例えばソースコンタクト用のコンタクトホール11が設けられている。層間絶縁膜7の表面およびコンタクトホール11の内部には、金属電極層(第2電極)8が設けられている。
The n + -
金属電極層8は、コンタクトホール11を介して、p型チャネル領域4およびn+型ソース領域5と接続されている。金属電極層8は、例えば、アルミニウムを主成分とする材料でできている。具体的には、金属電極層8は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできていてもよい。金属電極層8の厚さt2は、2μm以上であってもよい。金属電極層8の表面は、めっきが施され、金属めっき層9が形成されている。金属めっき層9は、例えば、ニッケルからなるめっき膜であってもよい。
半導体基板の耐圧構造部(不図示)は、活性領域を囲むように設けられている。半導体基板の耐圧構造部のおもて面には、例えば、フローティングのp型半導体領域(フィールドリミッティングリング)や、このp型半導体領域に接するフィールドプレート電極などの耐圧構造部のおもて面素子構造やパッシベーション膜などが設けられている。 A breakdown voltage structure (not shown) of the semiconductor substrate is provided so as to surround the active region. On the front surface of the breakdown voltage structure portion of the semiconductor substrate, for example, the front surface of the breakdown voltage structure portion such as a floating p-type semiconductor region (field limiting ring) or a field plate electrode in contact with the p-type semiconductor region An element structure, a passivation film, and the like are provided.
つぎに、コンタクトホール11の断面形状について説明する。コンタクトホール11は、第1開口部12と第2開口部13とが連結されてなる。第1開口部12は、層間絶縁膜7の、金属電極層8との界面側に設けられている。また、第1開口部12は、層間絶縁膜7と金属電極層8との界面側の、トレンチ6が並ぶ方向の第1開口幅w1が、半導体基板側のトレンチ6が並ぶ方向の第2開口幅w2よりも広くなっている。このため、第1開口部12は、層間絶縁膜7と金属電極層8との界面側を上底とし、半導体基板側を下底とする台形状の断面形状を有する。
Next, the cross-sectional shape of the
第2開口部13は、第1開口部12の半導体基板側に連結され、かつ層間絶縁膜7を貫通し半導体基板のおもて面を選択的に露出する。また、第2開口部13は、層間絶縁膜7と金属電極層8との界面側から半導体基板側にわたって同じ開口幅で設けられている。第2開口部13の、トレンチ6が並ぶ方向の開口幅は、第1開口部12の第2開口幅w2と等しい。このため、第2開口部13は、矩形状の断面形状を有する。
The
次に、コンタクトホール11の第1開口部12の第1,2開口幅w1,w2と層間絶縁膜7の厚さt1との関係について説明する。層間絶縁膜7の厚さt1は、下記(1)式に示すように、第1開口部12の第1開口幅w1の0.28倍以下とするのが好ましい。その理由は、下記(1)式を満たす寸法で層間絶縁膜7およびコンタクトホール11の第1開口部12を設けることで、金属電極層8にボイドが発生しないからである。
Next, the relationship between the first and second opening widths w1 and w2 of the
t1/w1≦0.28 ・・・(1) t1 / w1 ≦ 0.28 (1)
また、下記(2)式に示すように、層間絶縁膜7の厚さt1は、第1開口部12の第2開口幅w2の0.6倍以上であってもよい。従来の半導体装置では、下記(2)式を満たす寸法で層間絶縁膜にコンタクトホールを設けた場合、金属電極層にボイドが発生しやすい。一方、実施の形態にかかる半導体装置では、下記(2)式を満たす寸法で層間絶縁膜7にコンタクトホール11を設けた場合、金属電極層8にボイドが発生しない。
Further, as shown in the following formula (2), the thickness t1 of the
t1/w2≧0.6 ・・・(2) t1 / w2 ≧ 0.6 (2)
金属電極層8にボイドが発生しない理由は、上述した形状および寸法のコンタクトホール11とすることで、金属電極層8の厚さが2μm以上と厚い場合においても、金属電極層表面のコンタクトホール上方の部分20における段差がボイドを発生させる程度に大きくならないからである。
The reason why no void is generated in the
つぎに、コンタクトホール11の平面形状および配置について説明する。図2は、実施の形態にかかる半導体装置の要部を示す平面図である。図2には、コンタクトホール11の平面形状および配置を明確にするため、トレンチ6、層間絶縁膜7およびコンタクトホール11のみを図示する(図3においても同様の構成のみを図示する)。図2に示すように、コンタクトホール11は、例えば、矩形状の平面形状を有する。具体的には、第1開口部12および第2開口部13ともに矩形状の平面形状を有する。
Next, the planar shape and arrangement of the
複数のコンタクトホール11は、トレンチ6が並ぶ方向およびトレンチ6が並ぶ方向と直交する方向にマトリクス状に配置されている。具体的には、複数のコンタクトホール11は、トレンチ6の長手方向および短手方向に島状に等間隔に、かつ規則的に配置されている(以下、セル構造とする)。各コンタクトホール11は、半導体基板の、トレンチ6に挟まれた部分を露出する。具体的には、各コンタクトホール11には、n+型ソース領域(不図示)が設けられているp型チャネル領域4と、このp型チャネル領域4に設けられたn+型ソース領域の一部が露出される。
The plurality of contact holes 11 are arranged in a matrix in the direction in which the
コンタクトホール11の配置をセル構造とする場合、トレンチ6の短手方向に並列に配置されたトレンチ6に代えて、矩形状の複数のトレンチを、マトリクス状に配置されたコンタクトホール11によって露出されるp型チャネル領域4を挟み込むようにマトリクス状に配置してもよい。
When the contact holes 11 are arranged in a cell structure, a plurality of rectangular trenches are exposed by the contact holes 11 arranged in a matrix instead of the
図3は、実施の形態にかかる半導体装置の要部の別の一例を示す平面図である。図3に示すように、層間絶縁膜37に、トレンチ6が並ぶ方向に沿って並列な複数のコンタクトホール31を、トレンチ6が並ぶ方向と直交する方向に延びるストライプ状に配置してもよい(以下、ストライプ構造とする)。すなわち、第1開口部32および第2開口部33は、トレンチ6の長手方向に延びるストライプ状に配置される。コンタクトホール31は、隣り合うトレンチ6の間に配置される。そして、コンタクトホール31によって、p型チャネル領域4の、トレンチ6に挟まれた部分が、トレンチの短手方向に並列にストライプ状に露出される。
FIG. 3 is a plan view illustrating another example of the main part of the semiconductor device according to the embodiment. As shown in FIG. 3, a plurality of contact holes 31 arranged in parallel along the direction in which the
図3に示すコンタクトホール31の平面形状以外の構成は、図2に示すコンタクトホール11と同様である。図3では、第1開口部32の平面形状のみを示すが、第1開口部32の短手方向の第2の開口幅w2を短手方向の幅とする第2開口部(不図示)も、第1開口部32の半導体基板側に配置されている。
The configuration other than the planar shape of the contact hole 31 shown in FIG. 3 is the same as that of the
つぎに、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図4〜9は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の断面構造を示す断面図である。まず、図4に示すように、一般的な製造工程によって、n-型ドリフト領域1となる半導体基板のおもて面に、ゲート電極2、ゲート絶縁膜3、p型チャネル領域4およびn+型ソース領域5などのトレンチIGBTの活性領域のおもて面素子構造を形成する。このとき、活性領域にトレンチIGBTのおもて面素子構造を形成するとともに、活性領域を囲むように耐圧構造部のおもて面素子構造(不図示)を形成する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment will be described. 4-9 is sectional drawing which shows the cross-sectional structure in the middle of manufacture of the semiconductor device concerning Embodiment. First, as shown in FIG. 4, the
例えば、半導体基板のおもて面の表面層にp型チャネル領域4を形成した後、p型チャネル領域4を貫通しn-型ドリフト領域1に達するトレンチ6を形成する。つぎに、トレンチ6の内部にゲート絶縁膜3を介してゲート電極2を埋め込む。そして、半導体基板のおもて面の表面層に、n+型ソース領域5を形成する。
For example, after forming the p-
つぎに、図5に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法によって、半導体基板のおもて面に層間絶縁膜7を形成する。つぎに、図6に示すように、層間絶縁膜7の表面に、コンタクトホール11の形成領域が露出する開口部42を有するレジストマスク41を形成する。開口部42の開口幅w3は、後の工程でレジストマスク41をマスクとして形成される第1開口部12の第2開口幅w2とほぼ同じ寸法である。
Next, as shown in FIG. 5, an
また、レジストマスク41の開口部42は、後の工程でレジストマスク41をマスクとして形成されるコンタクトホールの配置がセル構造またはストライプ構造となるように形成されている。具体的には、セル構造で配置されたコンタクトホール11を形成する場合、開口部42は、トレンチ6が並ぶ方向およびトレンチ6が並ぶ方向と直交する方向にマトリクス状に配置される(図2参照)。一方、ストライプ構造で配置されたコンタクトホール31を形成する場合、トレンチ6が並ぶ方向に沿って並列な複数の開口部42が、トレンチ6が並ぶ方向と直交する方向に延びるストライプ状に配置される(図3参照)。
Further, the
つぎに、図7に示すように、レジストマスク41をマスクとして等方性エッチングを行い、レジストマスク41の開口部42に露出する層間絶縁膜7を除去する。これにより、層間絶縁膜7の表面層に、層間絶縁膜7の厚さよりも浅い深さで第1開口部12が形成される。具体的には、等方性エッチングによって、第1開口部12の深さが層間絶縁膜7の厚さの50%〜60%程度の寸法となるように層間絶縁膜7を除去する。第1開口部12の第1,2開口幅w1,w2をそれぞれ上記(1)式、(2)式を満たす寸法とすることで、層間絶縁膜7の厚さの50%〜60%程度の深さで第1開口部12を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7, isotropic etching is performed using the resist
第1開口部12の形成では、等方性エッチングによって層間絶縁膜7を除去するので、層間絶縁膜7のエッチングはあらゆる方向に同じように進行する。このため、第1開口部12のレジストマスク41側の開口幅(第1開口幅w1)がレジストマスク41の開口部42の開口幅よりも広くなり、第1開口部12の半導体基板側の開口幅(第2開口幅w2)をレジストマスク41の開口部42の開口幅とほぼ等しくすることができる。これにより、第1開口部12の断面形状は台形状となる。等方性エッチングには、例えば、ケミカルドライエッチング(CDE:Chemical Dry Etching)装置を用いてもよい。
In forming the
つぎに、第1開口部12の形成で用いた同じレジストマスク41をマスクとして異方性エッチングを行い、レジストマスク41の開口部42に露出する層間絶縁膜7を除去する。第2開口部13を形成するための異方性エッチングは、半導体基板のおもて面が露出されるまで行う。これにより、第1開口部12に露出する層間絶縁膜7が除去され、第1開口部12に連結された第2開口部13が形成される。
Next, anisotropic etching is performed using the same resist
第2開口部13の形成では、異方性エッチングによって層間絶縁膜7を除去するので、層間絶縁膜7のエッチングは層間絶縁膜7の深さ方向にのみ選択的に進行する。このため、第2開口部13は、層間絶縁膜7の深さ方向にわたって、レジストマスク41の開口部42の開口幅、すなわち第1開口部12の第2開口幅w2と同じ開口幅で形成される。これにより、第2開口部13の断面形状は矩形状となる。
In forming the
このように、同一のレジストマスク41を用いて等方性エッチングおよび異方性エッチングを順に行うことにより、図8に示すように、第1開口部12と第2開口部13とからなるコンタクトホール11が形成される。コンタクトホール11には、n+型ソース領域5が設けられているp型チャネル領域4と、このp型チャネル領域4に設けられたn+型ソース領域5の一部が露出される。
In this way, by performing isotropic etching and anisotropic etching in order using the same resist
つぎに、例えばプラズマなどで灰化処理することによって、レジストマスク41を除去する。そして、図9に示すように、例えばスパッタリングによって、層間絶縁膜7の表面に、例えばアルミニウムからなる金属電極層8を堆積する。金属電極層8は、コンタクトホール11内に埋め込まれ、コンタクトホール11を通してp型チャネル領域4およびn+型ソース領域5に接続される。
Next, the resist
つぎに、金属電極層8の表面に、金属電極層8のパターンが形成されたレジストマスク(不図示)を形成する。つぎに、このレジストマスクをマスクとして、レジストマスクの開口部に露出する金属電極層8を除去し、所望の金属電極層8パターンを形成する。そして、例えばプラズマなどで灰化処理することによって、金属電極層8をパターニングに用いたレジストマスクを除去した後、金属電極層8の安定した接合性や良好な電気的特性を得るために熱アニール処理を行う。
Next, a resist mask (not shown) in which the pattern of the
つぎに、半導体基板のおもて面にパッシベーション膜(不図示)を形成する。つぎに、フォトリソグラフィによってパッシベーション膜をパターニングし、金属電極層8を露出させる。つぎに、金属電極層8の表面に金属めっき層9を形成するための前処理およびジンケート処理を行う。そして、無電解めっき法によって、金属電極層8の表面に例えばニッケルからなる金属めっき層9を形成する。その後、半導体基板の裏面に、コレクタ領域や裏面電極(不図示)を形成することで、図1に示すように縦型のトレンチIGBTが完成する。
Next, a passivation film (not shown) is formed on the front surface of the semiconductor substrate. Next, the passivation film is patterned by photolithography to expose the
このように、コンタクトホール11を構成する第1開口部12の、層間絶縁膜7と金属電極層8との界面側の第1開口幅w1が半導体基板側の第2開口幅w2よりも広く形成される。これにより、第1開口部12の側壁と、コンタクトホール11に露出する半導体基板のおもて面とのなす角度は鈍角となる。このため、層間絶縁膜7とコンタクトホール11に露出する半導体基板との間に生じる段差は、第1開口部12の側壁が半導体基板のおもて面に対して鈍角をなす角度で傾斜している分だけ、従来の半導体装置よりも緩和される。
Thus, the first opening width w1 on the interface side between the interlayer insulating
層間絶縁膜7とコンタクトホール11に露出する半導体基板との間に生じる段差が緩和されているので、金属電極層8のスパッタリング時にターゲット材料から飛び出した原子は、コンタクトホール11の側壁に被着しやすい。このため、層間絶縁膜7の厚さt1が例えば0.5μm以上と厚い場合や、金属電極層8の厚さが2μ以上と厚い場合であっても、金属電極層8にボイドは発生しない。金属電極層8にボイドが発生していないので、金属電極層8表面にレジストの残渣は発生しない。
Since the step generated between the interlayer insulating
以上、説明したように、実施の形態にかかる半導体装置によれば、上記(1)式を満たすように第1開口部12を形成することで、層間絶縁膜7とコンタクトホール11に露出する半導体基板との間に生じる段差が従来の半導体装置よりも緩和される。これにより、層間絶縁膜7のステップカバレッジが従来よりも向上するので、層間絶縁膜7上に形成される金属電極層8にボイドが発生しない。このため、金属電極層8表面にレジストの残渣を残さず、金属電極層8パターニング用のレジストマスクを除去することができる。したがって、金属電極層8表面に一様に金属めっき膜9を形成することができ、半導体装置の信頼性が向上する。
As described above, according to the semiconductor device of the embodiment, the semiconductor exposed to the
(実施例)
つぎに、ボイド発生率について検証する。図10は、実施例にかかる半導体装置のコンタクトホール形状とボイド発生率との関係を示す特性図である。実施の形態に従い、第1の開口幅w1を種々変更し、ストライプ構造で配置されたコンタクトホール31を備える半導体装置(以下、試料とする)を複数作製(製造)した。各試料において、第1開口部32の第1の開口幅w1は、層間絶縁膜37の厚さt1が第1開口部32の第1の開口幅w1の0.25倍〜0.32倍(=t1/w1、以下、厚さ/開口幅比とする)となる範囲内で設定されている。
(Example)
Next, the void generation rate is verified. FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the contact hole shape and the void generation rate of the semiconductor device according to the example. According to the embodiment, the first opening width w1 was variously changed, and a plurality of semiconductor devices (hereinafter referred to as samples) including contact holes 31 arranged in a stripe structure were manufactured (manufactured). In each sample, the first opening width w1 of the first opening 32 is such that the thickness t1 of the
各試料ともに、層間絶縁膜37の厚さt1が第1開口部32の第2の開口幅w2の0.6倍となる寸法で第1開口部32の第2の開口幅w2を形成している。各試料において、コンタクトホール31の第1開口部32および第2開口部の深さは、等方性エッチングによって形成される第1開口部32の第1の開口幅w1の寸法によって異なっている。そして、このような条件で作製した各試料におけるボイド発生の有無を調べた。
In each sample, the second opening width w2 of the first opening 32 is formed so that the thickness t1 of the
図10に示す結果より、厚さ/開口幅比が0.28以下となるように層間絶縁膜37の厚さt1と第1開口部32の第1の開口幅w1とを設定することで、ボイドの発生を抑制することができる(ボイド発生率=0%)ことが確認された。また、厚さ/開口幅比が0.28となる測定点A(白抜き矢印で図示)が測定された試料の、第1開口部32の深さは、層間絶縁膜37の厚さt1の60%程度の寸法であることが確認された。
From the results shown in FIG. 10, by setting the thickness t1 of the
また、セル構造で配置されたコンタクトホール11を備える半導体装置においても、厚さ/開口幅比が0.28以下となるように層間絶縁膜7の厚さt1と第1開口部12の第1の開口幅w1とを設定することで、ストライプ構造で配置されたコンタクトホール31を備える上記実施例の半導体装置と同様の効果を得ることができる。
Also in the semiconductor device including the
以上において本発明では、縦型のトレンチIGBTを例に説明しているが、上述した実施の形態に限らず、半導体基板のおもて面に金属電極層を有するさまざまな構成の半導体装置に適用することが可能である。また、上述した実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 In the above description, the vertical trench IGBT is described as an example in the present invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is applied to semiconductor devices having various configurations having a metal electrode layer on the front surface of a semiconductor substrate. Is possible. In the embodiment described above, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the present invention is the same even if the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It holds.
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置は、半導体基板のおもて面に厚いアルミニウム電極を有する半導体装置に有用である。 As described above, a method of manufacturing a semiconductor device and a semi-conductor device according to the present invention is useful for a semiconductor device having a thick aluminum electrode on the front surface of the semiconductor substrate.
1 n-型ドリフト領域
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 p型チャネル領域
5 n+型ソース領域
6 トレンチ
7 層間絶縁膜
8 金属電極層
9 金属めっき層
11 コンタクトホール
12 第1開口部
13 第2開口部
20 金属電極層表面のコンタクトホール上方の部分
1 n −
Claims (12)
前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して第1電極を埋め込む工程と、
前記第2導電型半導体領域の表面に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の表面にレジストを形成し、前記レジストを選択的に開口する工程と、
前記レジストをマスクとして等方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記トレンチが並ぶ方向の開口幅が前記半導体基板側に向かって狭まる第1開口部を形成する工程と、
前記レジストをマスクとして異方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記第1開口部に連結され、かつ前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にアルミニウムを主成分とする材料でできている第2電極を2μm以上の厚さで形成すると共に、前記第1開口部および前記第2開口部に前記第2電極を埋め込む工程と、
を含み、
前記層間絶縁膜と前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さを、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅の0.28倍以下に形成する半導体装置の製造方法。
Forming a second conductivity type semiconductor region on the front surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a trench that penetrates through the second conductive type semiconductor region and reaches the first conductive type semiconductor region made of the semiconductor substrate;
Burying a first electrode in the trench through a gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the surface of the second conductivity type semiconductor region;
Forming a resist on the surface of the interlayer insulating film, and selectively opening the resist;
Performing isotropic etching using the resist as a mask, and forming a first opening in the interlayer insulating film in which the opening width in the direction in which the trenches are arranged narrows toward the semiconductor substrate side;
Performing anisotropic etching using the resist as a mask, and forming a second opening in the interlayer insulating film that is connected to the first opening and exposes the front surface of the semiconductor substrate;
Forming a second electrode made of a material mainly composed of aluminum on the interlayer insulating film with a thickness of 2 μm or more and embedding the second electrode in the first opening and the second opening; When,
Including
A thickness of the interlayer insulating film showing a step of the second electrode generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed in a contact hole provided in the interlayer insulating film is 0.5 μm or more; and A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first opening is formed to be 0.28 times or less the first opening width in the direction in which the trenches are arranged.
前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して第1電極を埋め込む工程と、
前記第2導電型半導体領域の表面に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の表面にレジストを形成し、前記レジストを選択的に開口する工程と、
前記レジストをマスクとして等方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記トレンチが並ぶ方向の開口幅が前記半導体基板側に向かって狭まる第1開口部を形成する工程と、
前記レジストをマスクとして異方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜に、前記第1開口部に連結され、かつ前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にアルミニウムを主成分とする材料でできている第2電極を2μm以上の厚さで形成すると共に、前記第1開口部および前記第2開口部に前記第2電極を埋め込む工程と、
を含み、
前記層間絶縁膜と前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さを、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅の0.30倍以下に形成する半導体装置の製造方法。
Forming a second conductivity type semiconductor region on the front surface layer of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a trench that penetrates through the second conductive type semiconductor region and reaches the first conductive type semiconductor region made of the semiconductor substrate;
Burying a first electrode in the trench through a gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the surface of the second conductivity type semiconductor region;
Forming a resist on the surface of the interlayer insulating film, and selectively opening the resist;
Performing isotropic etching using the resist as a mask, and forming a first opening in the interlayer insulating film in which the opening width in the direction in which the trenches are arranged narrows toward the semiconductor substrate side;
Performing anisotropic etching using the resist as a mask, and forming a second opening in the interlayer insulating film that is connected to the first opening and exposes the front surface of the semiconductor substrate;
Forming a second electrode made of a material mainly composed of aluminum on the interlayer insulating film with a thickness of 2 μm or more and embedding the second electrode in the first opening and the second opening; When,
Including
A thickness of the interlayer insulating film showing a step of the second electrode generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed in a contact hole provided in the interlayer insulating film is 0.5 μm or more; and A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first opening is formed to be 0.30 times or less the width of the first opening in the direction in which the trenches are arranged.
前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチと、 A trench that penetrates through the second conductive semiconductor region and reaches the first conductive semiconductor region formed of the semiconductor substrate;
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して埋め込まれた第1電極と、 A first electrode embedded in the trench through a gate insulating film;
前記第2導電型半導体領域の前記第1導電型半導体領域に接する面に対して反対側の面に設けられた層間絶縁膜と、 An interlayer insulating film provided on a surface of the second conductivity type semiconductor region opposite to a surface in contact with the first conductivity type semiconductor region;
前記層間絶縁膜の表面上に設けられ、当該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール内に埋め込まれた、アルミニウムを主成分とする材料でできている、厚さが2μm以上である第2電極と、 A second electrode having a thickness of 2 μm or more, made of a material mainly composed of aluminum, provided on a surface of the interlayer insulating film and embedded in a contact hole provided in the interlayer insulating film; ,
を備え、 With
前記コンタクトホールは、 The contact hole is
前記層間絶縁膜と前記第2電極との界面側の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅が、前記半導体基板側の当該トレンチが並ぶ方向の第2開口幅よりも広い第1開口部と、 A first opening in which the first opening width in the direction in which the trenches are arranged on the interface side between the interlayer insulating film and the second electrode is wider than the second opening width in the direction in which the trenches are arranged on the semiconductor substrate side; ,
前記第1開口部の前記半導体基板側に連結され、前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部と、を有し、 A second opening that is coupled to the semiconductor substrate side of the first opening and exposes the front surface of the semiconductor substrate;
前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さが、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の前記第1開口幅の0.28倍以下である半導体装置。 The thickness of the interlayer insulating film showing a step of the second electrode generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed in the contact hole is 0.5 μm or more, and the first opening A semiconductor device having a width of 0.28 times or less of the first opening width.
複数の前記コンタクトホールが、前記トレンチが並ぶ方向および当該トレンチが並ぶ方向と直交する方向にマトリクス状に配置されている請求項7または8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 7, wherein the plurality of contact holes are arranged in a matrix in a direction in which the trenches are arranged and a direction orthogonal to the direction in which the trenches are arranged.
前記第2導電型半導体領域を貫通し前記半導体基板からなる第1導電型半導体領域に達するトレンチと、 A trench that penetrates through the second conductive semiconductor region and reaches the first conductive semiconductor region formed of the semiconductor substrate;
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して埋め込まれた第1電極と、 A first electrode embedded in the trench through a gate insulating film;
前記第2導電型半導体領域の前記第1導電型半導体領域に接する面に対して反対側の面に設けられた層間絶縁膜と、 An interlayer insulating film provided on a surface of the second conductivity type semiconductor region opposite to a surface in contact with the first conductivity type semiconductor region;
前記層間絶縁膜の表面上に設けられ、当該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール内に埋め込まれた、アルミニウムを主成分とする材料でできている、厚さが2μm以上である第2電極と、 A second electrode having a thickness of 2 μm or more, made of a material mainly composed of aluminum, provided on a surface of the interlayer insulating film and embedded in a contact hole provided in the interlayer insulating film; ,
を備え、 With
前記コンタクトホールは、 The contact hole is
前記層間絶縁膜と前記第2電極との界面側の、前記トレンチが並ぶ方向の第1開口幅が、前記半導体基板側の当該トレンチが並ぶ方向の第2開口幅よりも広い第1開口部と、 A first opening in which the first opening width in the direction in which the trenches are arranged on the interface side between the interlayer insulating film and the second electrode is wider than the second opening width in the direction in which the trenches are arranged on the semiconductor substrate side; ,
前記第1開口部の前記半導体基板側に連結され、前記半導体基板のおもて面を露出する第2開口部と、を有し、 A second opening that is coupled to the semiconductor substrate side of the first opening and exposes the front surface of the semiconductor substrate;
前記層間絶縁膜と前記コンタクトホールに露出する前記半導体基板との間に生じる前記第2電極の段差を示す前記層間絶縁膜の厚さが、0.5μm以上で、かつ、前記第1開口部の前記第1開口幅の0.30倍以下である半導体装置。 The thickness of the interlayer insulating film showing a step of the second electrode generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate exposed in the contact hole is 0.5 μm or more, and the first opening A semiconductor device having a width of 0.30 or less of the first opening width.
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