KR101172796B1 - Fabrication Method of Self-aligned Channel for Trench-gate Accumulation-mode SiC MOSFET - Google Patents
Fabrication Method of Self-aligned Channel for Trench-gate Accumulation-mode SiC MOSFET Download PDFInfo
- Publication number
- KR101172796B1 KR101172796B1 KR1020110060811A KR20110060811A KR101172796B1 KR 101172796 B1 KR101172796 B1 KR 101172796B1 KR 1020110060811 A KR1020110060811 A KR 1020110060811A KR 20110060811 A KR20110060811 A KR 20110060811A KR 101172796 B1 KR101172796 B1 KR 101172796B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ion implantation
- trench
- etching
- region
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 33
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 11
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract 1
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 102000004129 N-Type Calcium Channels Human genes 0.000 description 4
- 108090000699 N-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 206010040844 Skin exfoliation Diseases 0.000 description 1
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions
- H10D64/27—Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
- H10D64/311—Gate electrodes for field-effect devices
- H10D64/411—Gate electrodes for field-effect devices for FETs
- H10D64/511—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
- H10D64/512—Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
- H10D64/513—Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/18, H10D48/04 and H10D48/07, with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/42—Bombardment with radiation
- H01L21/423—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/425—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/426—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76829—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
- H01L21/76831—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers in via holes or trenches, e.g. non-conductive sidewall liners
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions
- H10D64/27—Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
- H10D64/311—Gate electrodes for field-effect devices
- H10D64/411—Gate electrodes for field-effect devices for FETs
- H10D64/511—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
- H10D64/512—Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
본 발명은 인버터, 컨버터 및 각종 전원장치에 사용되는 전력용 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지터 (MOSFET)의 제작에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 트렌치-게이트 축적모드 MOSFET (Accumulation-mode MOSFET: AccuFET) 에서 항복전압과 온저항 특성에 주도적인 영향을 미치는 채널두께를 일정하게 제작하기 위한 방법에 대한 것이다.
본 발명은 트렌치-게이트 축적모드 MOSFET (Accumulation-mode MOSFET: AccuFET) 에서 항복전압과 온저항 특성에 주도적인 영향을 미치는 채널이 형성되는 n-base 층 두께를 일정하게 만들기 위해 n형 고농도 탄화규소 기판 (600) 위에 특정한 항복전압 및 온저항을 결정하는 n형 저농도 드리프트 층 (610) 위에 MOSFET의 채널이 형성될 n-base 층 (620) 위에 고능도 n형 n-source 층 (630)으로 구성된 박막기판 위에 자기정렬을 위한 이온주입마스크 역할을 할 폴리실리콘(640) 위에 실리콘질화막(650)을 증착하는 제1단계와; 상기 이온주입마스크인 폴리실리콘(640)과 실리콘질화막(650)을 이용하여 이온주입 영역을 형성하기 위한 준비 단계인 제2단계와; 상기 이온주입마스크를 산화하여 실리콘산화막(660)을 형성하는p-base층 이온주입 영역을 정의하는 제3 단계와; 상기 제3단계에서 정의된 영역에 p-base층(680) 및 p-source층(690)을 형성하기 위해 이온 주입하는 제4 단계와; 트렌치-게이트 영역을 정의하기 위해 이온주입마스크의 산화층 (660)을 식각하여 undercut (615) 을 형성하는 제5단계와; 트렌치-게이트 영역을 정의하기 위한 식각마스크(625)를 증착하는 제6단계와; 상기 이온주입마스크에서 폴리실리콘이 드러난 영역을 식각하여 제거하여 트렌치-게이트 영역을 정의하고 정의된 영역을 건식식각(635) 을 통해 트렌치를 형성하는 제7단계와; 상기 식각마스크(625)를 식각을 통해 제거하는 제8단계;로 구성된 것을 특징으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the fabrication of metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) for power used in inverters, converters, and various power supplies, and more particularly in trench-gate accumulation mode MOSFETs (Accumulation-mode MOSFETs). It is about a method for manufacturing a constant channel thickness that has a dominant influence on the breakdown voltage and on-resistance characteristics.
The present invention provides an n-type high density silicon carbide substrate in order to uniformize the thickness of the n-base layer in which a channel inducing a breakdown voltage and on-resistance characteristics in a trench-gate accumulation mode MOSFET (AccuFET) is formed. A thin film composed of a high performance n-type n-source layer 630 over an n-base layer 620 where a channel of a MOSFET will be formed over an n-type low concentration drift layer 610 that determines a specific breakdown voltage and on-resistance over 600. Depositing a silicon nitride film 650 on polysilicon 640 to serve as an ion implantation mask for self-alignment on a substrate; A second step of preparing an ion implantation region using the polysilicon 640 and the silicon nitride film 650 as the ion implantation mask; A third step of defining a p-base layer ion implantation region for oxidizing the ion implantation mask to form a silicon oxide film 660; A fourth step of ion implantation to form a p-base layer (680) and a p-source layer (690) in the region defined in the third step; A fifth step of forming an undercut 615 by etching the oxide layer 660 of the ion implantation mask to define the trench-gate region; Depositing an etch mask 625 for defining a trench-gate region; A seventh step of forming a trench-gate region by etching and removing a region in which the polysilicon is exposed in the ion implantation mask and forming a trench through dry etching (635); And an eighth step of removing the etching mask 625 through etching.
Description
본 발명은 인버터, 컨버터 및 각종 전원장치에 사용되는 전력용 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지터 (MOSFET) 의 제작에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 트렌치-게이트 축적모드 MOSFET (Accumulation-mode MOSFET: AccuFET) 에서 항복전압과 온저항 특성에 주도적인 영향을 미치는 채널이 형성되는 n-base 층 두께를 일정하게 제작하기 위한 공정에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to the fabrication of power metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) used in inverters, converters, and various power supplies, and more particularly, in trench-gate accumulation mode MOSFETs (Accumulation-mode MOSFETs). It is a process to make a constant thickness of n-base layer in which a channel is formed which has a major influence on breakdown voltage and on-resistance characteristics.
MOSFET은 통상 게이트와 소스 사이에 전압을 인가하여 드레인과 소스 사이에 형성된 채널을 통해 통전이 이루어진다. 실리콘 기반으로 제작된 MOSFET는 고압, 고온 응용에서 소자성능이 급격하게 열화되어 최근에는 탄화규소(SiC)를 기반으로 MOSFET가 제작되고 있는 추세이다. MOSFETs are typically energized through a channel formed between the drain and the source by applying a voltage between the gate and the source. Silicon-based MOSFETs are rapidly deteriorating device performance in high-voltage and high-temperature applications. Recently, MOSFETs are being manufactured based on silicon carbide (SiC).
하지만, 탄화규소 MOSFET는 채널의 전자이동도가 실리콘보다 낮으며, 특히 이온주입을 통해 형성된 p-base층의 반전을 통해 얻어진 전자의 이동도는 더욱 낮아져 소자의 온저항이 높아지는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 n형 SiC 박막기반의 채널에서 전자의 축적을 이용하는 수평형 축적모드 MOSFET (AccuFET)이 개발되었다. However, silicon carbide MOSFETs have a lower electron mobility in the channel than silicon, and in particular, electron mobility obtained through inversion of the p-base layer formed through ion implantation is further lowered to increase the on-resistance of the device. To overcome these shortcomings, horizontal accumulation mode MOSFETs (AccuFETs) have been developed that utilize electron accumulation in n-type SiC thin film-based channels.
도 1은 수평형 AccuFET의 단위 셀의 단면을 보여주고 있다. 기존의 MOSFET는 p-base(120)층이 게이트전극(150) 아래의 산화막과 접촉하고 있으며 게이트전압을 증가시켜 p-base층과 산화막 접촉면에서 p-base층의 전도대역이 페르미준위 아래로 충분히 떨어지면 전자층이 형성되는 반면 AccuFET은 p-base층이 n형 채널 아래에 존재하여 게이트 전압이 인가되지 않을 때는 p-base 층에 의해 n형 채널에 공핍층이 생성되어 있으며 게이트전압을 높이면 공핍층이 사라지고 전자가 축적되어 전류(180)가 드레인에서 소스로 통전되는 구조를 가지고 있다. 그러나 수평형 AccuFET은 채널이 수평구조로 존재하고 수평형 채널에서 흘러나온 전자(전류흐름과 반대)가 드레인으로 흘러가기 위해 JFET 영역(190)이 필수불가결하게 존재하여 전류밀도를 높일 수 없는 단점이 있어 도 2와 같은 트렌치-게이트 AccuFET이 개발되었다. 1 shows a cross section of a unit cell of a horizontal AccuFET. In the conventional MOSFET, the p-base (120) layer is in contact with the oxide film under the
도 2의 트렌치-게이트 구조는 n형 채널층(n-base: 245)의 수직 방향 즉 드레인 방향과 동일하게 전류(280)가 흐르기 때문에 수평구조 AccuFET와 달리 JFET 영역이 존재하지 않아서 온저항의 열화 없이 소자의 단위셀 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. In the trench-gate structure of FIG. 2, since the current 280 flows in the same direction as the vertical direction of the n-type channel layer (n-base) 245, that is, the drain direction, unlike the horizontal structure AccuFET, there is no JFET region, and thus the on-resistance deterioration. There is an advantage that can reduce the unit cell size of the device without.
도 3은 종래의 트렌치-게이트형 MOSFET 제작을 위한 제1 실시예를 보여준다. Figure 3 shows a first embodiment for fabricating a conventional trench-gate type MOSFET.
종래의 AccuFET은 (나) 단계에서 p-base층(350) 과 p+-source(360) 층을 이온주입을 통해 형성한 후 트렌치-게이트를 형성을 위한 식각마스크에 대한 포토작업인 (다) 단계가 필요하다. 이때 포토작업의 기판과 마스크간의 조그만 정렬오차(380)는 곧 바로 AccuFET의 channel 두께의 변화 (395) 를 가져오고 이는 항복전압과 온저항에 영향을 미치게 된다. Conventional AccuFET is a photo operation for the etching mask for forming the trench-gate after forming the p-
도 5는 n-base층의 두께(WN) 및 농도의 변화에 대한 AccuFET의 항복전압 (Maximum operating voltage) 및 온저항 (Ron) 의 변화를 보여준다. 또한 상기 실시예에서는 (나) 및 (다) 단계에서 포토작업이 필요하다. 5 shows the change in the breakdown voltage (Maximum operating voltage) and the on-resistance (R on ) of the AccuFET with the change in the thickness (W N ) and the concentration of the n-base layer. In addition, in the above embodiment, the photo operation is required in steps (b) and (c).
도 4는 종래의 트렌치-게이트형 MOSFET 제작을 위한 제 2 실시예를 보여준다. 실시예 1과는 달리 p-base 층(420)이 박막으로 길러진 기판에 트렌치 영역을 정의하고 건식식각을 한 뒤 n형 채널층(n-base층:480)을 형성하기 위해 이온주입을 하는 (나)단계 그리고 p+-source 층이 형성될 영역을 정의하고 이온주입하는 (라) 단계로 구성된 것이 특징이다. Figure 4 shows a second embodiment for fabricating a conventional trench-gate type MOSFET. Unlike Example 1, the p-
이 경우 n-base 층의 두께는 (나)단계에서 이온주입조건에 의해 결정되기 때문에 상기 실시예1에서와 같은 문제는 없으나 n-base 영역이 이온주입에 의해 형성되기 때문에 전자이동도가 낮아져 온저항이 높아지고 역시 2번의 포토작업을 필요로 한다는 단점이 있다.
In this case, since the thickness of the n-base layer is determined by ion implantation conditions in step (b), there is no problem as in Example 1, but since the n-base region is formed by ion implantation, electron mobility has been lowered. The disadvantage is that the resistance is high and also requires two photo works.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 트렌치-게이트 축적모드 MOSFET에서 항복전압과 온저항 특성에 주도적인 영향을 미치는 채널이 형성되는 n-base 층 두께를 일정하게 형성시키기 위한 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and to provide a process for uniformly forming an n-base layer thickness in which a channel having a dominant influence on breakdown voltage and on-resistance characteristics is formed in a trench-gate accumulation mode MOSFET. The purpose.
본 발명에서 상기의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 AccuFET의 n-base 영역 형성방법은 트렌치-게이트 축적모드 MOSFET (Accumulation-mode MOSFET: AccuFET) 에서 항복전압과 온저항 특성에 주도적인 영향을 미치는 채널이 형성되는 n-base 층 두께를 일정하게 만들기 위해 n형 고농도 탄화규소 기판 (600) 위에 특정한 항복전압 및 온저항을 결정하는 n형 저농도 드리프트 층 (610) 위에 MOSFET의 채널이 형성될 n-base 층 (620) 위에 고능도 n형 n-source 층 (630)으로 구성된 박막기판 위에 자기정렬을 위한 이온주입마스크 역할을 할 폴리실리콘(640) 위에 실리콘질화막(650)을 증착하는 제1단계와; In order to solve the above problem in the present invention, the n-base region formation method of the AccuFET of the present invention has a leading influence on the breakdown voltage and on-resistance characteristics of the Accumulation-mode MOSFET (AccuFET). The channel of the MOSFET is formed on the n-type low
상기 이온주입마스크인 폴리실리콘(640)과 실리콘질화막(650)을 이용하여 이온주입 영역을 형성하기 위한 준비 단계인 제2단계와; A second step of preparing an ion implantation region using the
상기 이온주입마스크를 산화하여 실리콘산화막(660)을 형성하는p-base층 이온주입 영역을 정의하는 제3 단계와; A third step of defining a p-base layer ion implantation region for oxidizing the ion implantation mask to form a
상기 제3단계에서 정의된 영역에 p-base층(680) 및 p-source층(690)을 형성하기 위해 이온 주입하는 제4 단계와; A fourth step of ion implantation to form a p-base layer (680) and a p-source layer (690) in the region defined in the third step;
트렌치-게이트 영역을 정의하기 위해 이온주입마스크의 산화층 (660)을 식각하여 undercut (615) 을 형성하는 제5단계와; A fifth step of forming an
트렌치-게이트 영역을 정의하기 위한 식각마스크(625)를 증착하는 제6단계와; Depositing an
상기 이온주입마스크에서 폴리실리콘이 드러난 영역을 식각하여 제거하여 트렌치-게이트 영역을 정의하고 정의된 영역을 건식식각(635) 을 통해 트렌치를 형성하는 제7단계와; A seventh step of forming a trench-gate region by etching and removing a region in which the polysilicon is exposed in the ion implantation mask and forming a trench through dry etching (635);
상기 식각마스크(625)를 식각을 통해 제거하는 제8단계;로 구성된 것을 특징으로 한다. And an eighth step of removing the
바람직한 실시예에 따르면, p-base 층 형성을 위한 이온주입공정을 먼저 수행하고 n+-source 층을 제거하기 위한 식각을 한 후 p+-source층 형성을 위한 이온주입을 수행한다. According to a preferred embodiment, the ion implantation process for forming the p-base layer is first performed, followed by etching to remove the n + -source layer, followed by ion implantation for forming the p + -source layer.
바람직한 실시예에 따르면, 제6 단계에서 식각 마스크 물질로 Ni이 사용된다. According to a preferred embodiment, Ni is used as the etch mask material in the sixth step.
바람직한 실시예에 따르면, 제6 단계에서 상기 식각 마스크의 높이가 0.1um 이상인 경우에 Ti이 증착되고 그 위에 Ni이 증착된다. According to a preferred embodiment, when the etching mask has a height of 0.1 μm or more in the sixth step, Ti is deposited and Ni is deposited thereon.
바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 제 6단계에서, 식각마스크 물질로 W를 사용하고, 식각 이후 W를 제거할 필요 없이 이온활성화를 위한 고온열처리공정을 수행하여 이온활성화와 동시에 소스오믹층을 형성한다. According to another preferred embodiment, in the sixth step, using a W as an etching mask material, and performing a high temperature heat treatment process for ion activation without the need to remove W after etching to form a source ohmic layer simultaneously with ion activation .
상기 방법은 한 번의 포토작업으로 게이트 트렌치와 p-base층을 자기정렬시키며, 따라서 채널이 형성되는 일정한 두께의 n-base 층을 얻을 수 있게 만든다. 또한 상기 방법으로 제작된 MOSFET는 균일한 항복전압 및 온저항 특성을 얻을 수 있어 웨이퍼 수율을 향상시키며 공정 중에 채널층 형성을 위한 박막성장을 하지 않기 때문에 우수한 소자특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
The method self-aligns the gate trench and p-base layer in one photo operation, thus making it possible to obtain a constant thickness n-base layer in which the channel is formed. In addition, since the MOSFET fabricated by the above method can obtain uniform breakdown voltage and on-resistance characteristics, the wafer yield is improved and excellent device characteristics can be obtained because the thin film is not grown for channel layer formation during the process.
도 1은 수평형 AccuFET 구조
도 2는 트렌치-게이트 AccuFET 구조
도 3은 트렌치-게이트 AccuFET의 채널층 형성을 위한 종래의 실시예1
도 4는 트렌치-게이트 AccuFET의 채널층 형성을 위한 종래의 실시예2
도 5는 n-base 층의 두께 및 농도에 대한 항복전압, 온저항 비교 그래프.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, AccuFET의 n-base 영역 형성 방법의 순서도. 1 is a horizontal AccuFET structure
2 is a trench-gate AccuFET structure
FIG. 3 shows a conventional embodiment 1 for forming a channel layer of a trench-gate AccuFET. FIG.
FIG. 4 shows a
5 is a breakdown voltage and on-resistance graph of the thickness and concentration of the n-base layer.
6 is a flow chart of a method for forming an n-base region of an AccuFET, in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 6은 일정한 두께의 n-base층을 형성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 공정순서를 보여주고 있다. 6 shows a process sequence according to an embodiment of the present invention for forming an n-base layer of a constant thickness.
제 1단계(도 6의 (가))에서 고농도 n형 기판(600) 위에 n형 저농도 드리프트 층 (610), MOSFET의 채널이 형성될 n-base 층 (620), 그리고 고농도 n형 n+-source층(630)으로 구성된 박막기판은 통상적으로 박막성장 파운드리에 항복전압과 온저항을 고려한 박막층 규격을 주어서 준비할 수 있다. 예를 들어, 600V의 항복전압을 가지는 소자를 만들고자 한다면 n 드리프트층(610)의 농도는 5E15-1.5E16 cm-3가 적당하며 두께는 6-8um 정도가 적당하다. n- base층(620) 및 p-base층(680)의 두께 및 농도는 MOSFET의 문턱전압, 온저항, 항복전압에 지대한 영향을 미치기 때문에 주의가 필요하다. p-base층 및 n-base 층의 두께는 p-base 층의 농도를 1E17 cm-3라고 결정했을 때 0.4-0.5um 정도가 적당하며, 이때 n-base층의 농도는 1E15-5E15cm-3 정도가 적당하다. 이 과정은 이 분야의 전문가라면 전산모사등을 통해 통상적으로 설계가 가능하며 본 발명과 크게 연관성이 없으므로 자세한 설명은 생략한다. 이하 기판에서 n+-source 층까지를 에피웨이퍼라고 명명한다. In the first step (FIG. 6A), the n-type low
상기 에피웨이퍼에 자기정렬을 위한 이온주입마스크 역할을 담당할 폴리실리콘 (640) 위에 실리콘질화막 (650)을 증착한다. 이때 폴리실리콘의 두께는 p-base 층의 두께 즉 이온 주입할 에너지와 관계 있으며, 최대 에너지로 가속된 이온이 폴리실리콘을 통과하지 않을 정도의 두께이면 가능하다. 예를 들어 p-base층 두께를 0.5um이라고 한다면 poly-Si의 두께는 1.5um 정도가 적당하다. 또한 실리콘질화막은 폴리실리콘의 상단이 산화되지 못하게 만들어 산화막 제거후 undercut (615)이 형성될 정도이면 충분하기 때문에 0.1-0.2um 정도가 적당하다. A
제 2단계(도 6의 (나))에서는 상기 이온주입마스크인 폴리실리콘(640)과 실리콘질화막(650)을 이용하여 이온주입 영역을 형성하기 위한 준비 단계로 n-base층의 수평 두께는 산화막의 수평두께와 동일하고 트렌치 너비 대비 크지 않으므로 트렌치 너비 정도로 패턴을 형성한다. In the second step (b) of FIG. 6, the thickness of the n-base layer is an oxide layer as a preparation step for forming an ion implantation region using the
제 3단계(도 6의 (다))에서는 상기 이온주입마스크를 산화 (660) 하여 p-base층 이온주입 영역을 정의한다. 이때 poly-Si의 산화는 통상 800-1000에서 n-base층의 수평 두께만큼의 산화막이 형성될 시간 정도로 수행한다. In the third step (FIG. 6C), the ion implantation mask is oxidized to define a p-base layer ion implantation region. At this time, the oxidation of poly-Si is usually performed at about 800-1000 hours to form an oxide film having the horizontal thickness of the n-base layer.
제 4단계(도 6의 (라)와 (마))에서는 상기 정의된 영역에 p-base 층 (680) 및 p+-source 층(690) 을 형성하기 위해 필요한 에너지와 도즈(dose)로 도핑을 한다. p-base층은 0.4-0.5um이 적당하며 도핑농도는 1E17정도가 적당하다. p+-source 층은 n+-source 층 깊이 정도이므로 0.3um 정도가 적당하며 도핑농도는 1E19정도가 적당하다. 이때 p-base 층 형성을 위한 이온주입공정을 먼저 수행하고 n+-source 층을 제거하기 위한 식각을 한 후 p+-source층 형성을 위한 이온주입도 가능하다. In the fourth step (D) and (E) of FIG. 6, doping is performed with the energy and dose necessary to form the p-
제 5단계(도 6의 (바))에서는 트렌치-게이트 영역을 정의하기 위해 이온주입마스크의 산화층 (660)을 식각하여 undercut (615) 을 형성하며 주로 buffered oxide etch (BOE)를 이용한 습식식각법을 사용한다. In the fifth step (Fig. 6 (bar)) to form a trench-gate region by etching the
제 6단계(도 6의 (사)) 단계에서는 트렌치-게이트 영역을 정의하기 위한 식각마스크 (625)를 증착하는데 트렌치를 형성하기 위해서 주로 건식식각을 사용한다. 건식식각 마스크로는 Ni, W, Pd, NiCr 가 가능한데, 특히 Ni 이 바람직하다. 이는 건식 식각시에 식각 선택비가 크기 때문에 Ni이 가장 바람직하다. 한편, Ni은 스트레스가 심하므로 보다 두껍게 증착하기 위해서 Ni 아래에 Ti을 증착할 수도 있다. 트렌치 깊이가 1um 이하라면 0.1um 정도의 Ni 두께로도 충분하게 건식식각이 가능하다. 그러나, 트랜치 깊이가 1um 이상이라면, 0.1um정도의 Ni 두께로는 벗겨질 위험이 있음으로, 식각 마스크의 높이가 0.1um 이상인 경우에 Ti이 증착되고 그 위에 Ni이 증착될 수 있다. In the sixth step (FIG. 6), dry etching is mainly used to form a trench for depositing an
제 7 단계((자) 및 (차))에서는 상기 이온주입마스크에서 폴리실리콘이 드러난 영역을 식각하여 제거하여 트렌치-게이트 영역을 정의하고, 정의된 영역을 건식식각(635) 을 통해 트렌치를 형성한다. 폴리실리콘은 80℃의 KOH에서 습식식각을 통해서 제거할 수 있으며, 이때 폴리실리콘 위의 실리콘질화막 및 Ni은 폴리실리콘과 함께 제거되어 (자) 단계에서처럼 트렌치 영역의 정의가 이루어진다. 트렌치를 형성하기 위한 건식식각은 SF6 및 CF4와 O2를 섞어서 수행할 수 있다. In the seventh step (i) and (d), a trench-gate region is defined by etching and removing a polysilicon-exposed region from the ion implantation mask, and a trench is formed through
마지막으로, 제 8단계(도 6의 (카))에서는 상기 식각마스크(625)를 식각을 통해 제거한다. Finally, in the eighth step (FIG. 6 (k)), the
제 8단계(도 6의 (카)) 이후에는 일반적으로 주입된 이온을 전기적으로 활성화시키기 위해 약 1650℃에서 고온 열처리공정을 수행한다. 또한 고온열처리 이후 소스오믹을 형성하기 위해 제 7단계(도 6의 (자))에서 식각마스크(625) 금속이 형성된 위치와 동일한 위치에 금속층을 증착하고, 역시 950℃ 정도에서 열처리공정을 수행한다. After the eighth step (FIG. 6 (k)), a high temperature heat treatment process is generally performed at about 1650 ° C. to electrically activate the implanted ions. In addition, in order to form the source ohmic after the high temperature heat treatment, the metal layer is deposited at the same position as the position where the
하지만, 제6단계(도 6의 (사))에서 식각마스크를 W를 이용할 경우 식각 이후 W를 제거할 필요 없이 이온활성화를 위한 고온열처리공정을 수행하면 이온활성화와 동시에 소스오믹층이 형성된다는 장점이 있다. 이 경우 소스오믹금속을 증착하기 위한 포토공정이 줄어들며 오믹층을 형성하기 위한 별도의 열처리공정을 생략할 수 있어서 공정비용이 절감될 수 있다. However, when using the etching mask in the sixth step (Fig. 6 (G)), the high temperature heat treatment process for the ion activation without the need to remove the W after etching, the source ohmic layer is formed at the same time as the ion activation There is this. In this case, a photo process for depositing a source ohmic metal is reduced, and a separate heat treatment process for forming an ohmic layer can be omitted, thereby reducing process costs.
이상과 같은 공정을 통해, 최종적으로 형성된 도 6의 (카)에서 확인되는 바와 같이, 일정한 높이의 n-base 층(620)을 형성할 수 있었다.
Through the above process, as shown in FIG. 6 (k) finally formed, it was possible to form the n-
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 기판 110: n-드리프트 영역
120: p-base 층 130: p+ source
140: n-base 층 채널 150: 폴리실리콘층
160: 실리콘 산화막
170: 소스패드금속 180: 전류의 흐름
190: JFET 영역
200: 기판 210: n-드리프트 영역
220: p-base 층 230: p+ source
240: n + source
245: n-base 층 채널 250: 폴리실리콘층
260: 실리콘 산화막
270: 소스패드금속 280: 전류의 흐름
300: 기판 310: n-드리프트 영역
320: n-base 층 채널 330: n+ source
340: 폴리실리콘층 350: p-base 층
360: p+ source 375: 이온주입
380: misalign 정도 390: 건식식각
395:misalign에 의해 형성된 두꺼운 채널
400: 기판 410: n-드리프트 영역
420: p-base 층 425: p+-source
430: n+-source 470: 이온주입
480: n-base 층 채널
600: 기판
610: n-드리프트 영역 615: undercut
620: n-base 층 (채널) 625: 식각마스크
630: n+-source
640: 폴리실리콘(poly Si) 650: 실리콘질화막
660: 실리콘산화막
670: 이온주입
680: p-base 층 690: p+-sourceDescription of the Related Art [0002]
100: substrate 110: n-drift region
120: p-base layer 130: p + source
140: n-base layer channel 150: polysilicon layer
160: silicon oxide film
170: source pad metal 180: flow of current
190: JFET region
200: substrate 210: n-drift region
220: p-base layer 230: p + source
240: n + source
245: n-base layer channel 250: polysilicon layer
260 silicon oxide film
270: source pad metal 280: flow of current
300: substrate 310: n-drift region
320: n-base layer channel 330: n + source
340: polysilicon layer 350: p-base layer
360: p + source 375: ion implantation
380: misalign degree 390: dry etching
395: thick channel formed by misalign
400: substrate 410: n-drift region
420: p-base layer 425: p + -source
430: n + -source 470: ion implantation
480: n-base layer channel
600: substrate
610: n-drift region 615: undercut
620: n-base layer (channel) 625: etching mask
630: n + -source
640: polysilicon (poly Si) 650: silicon nitride film
660: silicon oxide film
670: ion implantation
680: p-base layer 690: p + -source
Claims (5)
상기 이온주입마스크인 폴리실리콘(640)과 실리콘질화막(650)을 이용하여 이온주입 영역을 형성하기 위한 준비 단계인 제2단계와;
상기 이온주입마스크를 산화하여 실리콘산화막(660)을 형성하는p-base층 이온주입 영역을 정의하는 제3 단계와;
상기 제3단계에서 정의된 영역에 p-base층(680) 및 p-source층(690)을 형성하기 위해 이온 주입하는 제4 단계와;
트렌치-게이트 영역을 정의하기 위해 이온주입마스크의 산화층 (660)을 식각하여 undercut (615) 을 형성하는 제5단계와;
트렌치-게이트 영역을 정의하기 위한 식각마스크(625)를 증착하는 제6단계와;
상기 이온주입마스크에서 폴리실리콘이 드러난 영역을 식각하여 제거하여 트렌치-게이트 영역을 정의하고 정의된 영역을 건식식각(635) 을 통해 트렌치를 형성하는 제7단계와;
상기 식각마스크(625)를 식각을 통해 제거하는 제8단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 AccuFET의 n-base 영역 형성방법.
N-type high density silicon carbide substrates (600) to make constant the thickness of the n-base layer where channels are formed that dominate the breakdown-voltage and on-resistance characteristics in trench-gate accumulation-mode MOSFETs (AccuFETs) On a thin film substrate composed of a high performance n-type n-source layer 630 on an n-base layer 620 on which an MOSFET channel will be formed on an n-type low concentration drift layer 610 that determines a specific breakdown voltage and on-resistance. Depositing a silicon nitride film 650 on polysilicon 640 to serve as an ion implantation mask for alignment;
A second step of preparing an ion implantation region using the polysilicon 640 and the silicon nitride film 650 as the ion implantation mask;
A third step of defining a p-base layer ion implantation region for oxidizing the ion implantation mask to form a silicon oxide film 660;
A fourth step of ion implantation to form a p-base layer (680) and a p-source layer (690) in the region defined in the third step;
A fifth step of forming an undercut 615 by etching the oxide layer 660 of the ion implantation mask to define the trench-gate region;
Depositing an etch mask 625 for defining a trench-gate region;
A seventh step of forming a trench-gate region by etching and removing a region in which the polysilicon is exposed in the ion implantation mask and forming a trench through dry etching (635);
And an eighth step of removing the etch mask (625) through etching.
p-base 층 형성을 위한 이온주입공정을 먼저 수행하고 n+-source 층을 제거하기 위한 식각을 한 후 p+-source층 형성을 위한 이온주입을 수행하는 것을 특징으로 하는 AccuFET의 n-base 영역 형성방법.
The method of claim 1,
n-base region of AccuFET characterized by first performing ion implantation process for p-base layer formation, etching to remove n + -source layer, and ion implantation for p + -source layer formation Formation method.
2. The method of claim 1, wherein the etching mask material is Ni in a sixth step.
The method of claim 3, wherein in the sixth step, when the etching mask has a height of 0.1 μm or more, Ti is deposited and Ni is deposited thereon. 5.
The method of claim 1, wherein in the sixth step, using a W as an etching mask material, and performing a high temperature heat treatment process for ion activation without the need to remove W after etching to form a source ohmic layer simultaneously with ion activation N-base region formation method of AccuFET.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110060811A KR101172796B1 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | Fabrication Method of Self-aligned Channel for Trench-gate Accumulation-mode SiC MOSFET |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110060811A KR101172796B1 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | Fabrication Method of Self-aligned Channel for Trench-gate Accumulation-mode SiC MOSFET |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101172796B1 true KR101172796B1 (en) | 2012-08-09 |
Family
ID=46880256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110060811A Active KR101172796B1 (en) | 2011-06-22 | 2011-06-22 | Fabrication Method of Self-aligned Channel for Trench-gate Accumulation-mode SiC MOSFET |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101172796B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230114167A (en) | 2022-01-24 | 2023-08-01 | 주식회사 티디에스 | The semiconductor devices having a side channel and horizontal channel of a trench, and fabricating methods of the same |
CN117810085A (en) * | 2023-12-28 | 2024-04-02 | 宁波达新半导体有限公司 | Silicon carbide MOSFET channel forming method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002299620A (en) | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Denso Corp | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
KR100525299B1 (en) | 2003-11-07 | 2005-11-02 | 동부아남반도체 주식회사 | Method for fabricating transistor of semiconductor device |
US20090218619A1 (en) | 2008-03-02 | 2009-09-03 | Alpha & Omega Semiconductor, Ltd | Self-aligned slotted accumulation-mode field effect transistor (AccuFET) structure and method |
-
2011
- 2011-06-22 KR KR1020110060811A patent/KR101172796B1/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002299620A (en) | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Denso Corp | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
KR100525299B1 (en) | 2003-11-07 | 2005-11-02 | 동부아남반도체 주식회사 | Method for fabricating transistor of semiconductor device |
US20090218619A1 (en) | 2008-03-02 | 2009-09-03 | Alpha & Omega Semiconductor, Ltd | Self-aligned slotted accumulation-mode field effect transistor (AccuFET) structure and method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230114167A (en) | 2022-01-24 | 2023-08-01 | 주식회사 티디에스 | The semiconductor devices having a side channel and horizontal channel of a trench, and fabricating methods of the same |
CN117810085A (en) * | 2023-12-28 | 2024-04-02 | 宁波达新半导体有限公司 | Silicon carbide MOSFET channel forming method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102449768B (en) | Form the method comprising the semiconductor device of epitaxial loayer and dependency structure | |
JP4309967B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP3666280B2 (en) | Silicon carbide vertical FET and method of manufacturing the same | |
JP4786621B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US9012984B2 (en) | Field effect transistor devices with regrown p-layers | |
JP5586887B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5119806B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US8133789B1 (en) | Short-channel silicon carbide power mosfet | |
CN101584029B (en) | Process for manufacturing semiconductor device | |
CN100508216C (en) | Junction semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH11261061A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2009509338A (en) | Method for forming SiCMOSFET having large inversion layer mobility | |
JPH11195655A (en) | Manufacturing method of silicon carbide vertical FET and silicon carbide vertical FET | |
JP2006066439A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
CN110473911A (en) | A kind of SiC MOSFET element and preparation method thereof | |
WO2014083771A1 (en) | Semiconductor element and method for manufacturing same | |
JP3939583B2 (en) | Method for manufacturing field effect transistor | |
JP2001298189A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JPWO2009104299A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
CN107799592B (en) | Short-channel semiconductor power device and preparation method thereof | |
JP3921862B2 (en) | Method for manufacturing vertical silicon carbide FET | |
JP2010027833A (en) | Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method | |
KR101172796B1 (en) | Fabrication Method of Self-aligned Channel for Trench-gate Accumulation-mode SiC MOSFET | |
CN101233618A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2004200391A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20110622 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20120627 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20120803 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20120803 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160801 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20160801 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170801 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20170801 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180802 Year of fee payment: 7 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180802 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190730 Year of fee payment: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20190730 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200728 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210728 Start annual number: 10 End annual number: 10 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220803 Start annual number: 11 End annual number: 11 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230801 Start annual number: 12 End annual number: 12 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240801 Start annual number: 13 End annual number: 13 |