(57)【要約】  トレンチゲートのリードアウト構造は、基板１０と、基板１０の表面に形成されたトレンチと、基板１０上の第１の誘電体層２２とを備えるとともに、トレンチの内部表面にポリシリコンゲート３１も備える。トレンチは、ポリシリコンゲート３１によって部分的に充填され、それによって、凹みが、ポリシリコンゲート３１の上方のトレンチ内に存在する。第２の誘電体層４１は、凹み内に充填される。トレンチゲートのリードアウト構造は、金属プラグ５０も備える。金属プラグ５０は、第１の誘電体層２２を下向きに貫通し、次いで第２の誘電体層４１とポリシリコンゲート３１との間に挿入され、したがって、ポリシリコンゲート３１に接続される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面上に位置するトレンチと、
前記基板上に位置する第１の誘電体層と、
前記トレンチの内部表面上に位置するゲート酸化物層と、
前記ゲート酸化物層上に位置するポリシリコンゲートであって、前記トレンチは、ポリシリコンゲートの表面上に凹みが形成されるようにポリシリコンゲートで部分的に充填される、ポリシリコンゲートと、
前記凹み内に充填される第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層を通じて下向きに延びるとともに前記第２の誘電体層と前記ポリシリコンゲートとの間に挿入される金属プラグであって、前記ポリシリコンゲートに接続されるようになっている金属プラグと
を備えることを特徴とするトレンチゲートのリードアウト構造。
【請求項２】
請求項１に記載のトレンチゲートのリードアウト構造であって、前記第２の誘電体層は、反応物としてオルトケイ酸テトラエチルを用いて堆積される二酸化ケイ素層であることを特徴とするトレンチゲートのリードアウト構造。
【請求項３】
請求項１に記載のトレンチゲートのリードアウト構造であって、前記金属プラグは、タングステンプラグであることを特徴とするトレンチゲートのリードアウト構造。
【請求項４】
請求項１に記載のトレンチゲートのリードアウト構造であって、縦型二重拡散式の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、または横型二重拡散式の金属酸化物半導体電界効果トランジスタに適用されることを特徴とするトレンチゲートのリードアウト構造。
【請求項５】
請求項１に記載のトレンチゲートのリードアウト構造であって、前記トレンチ内の前記ポリシリコンゲートはＵ形の構造の断面を有し、前記第２の誘電体層は前記Ｕ形の構造の凹形の中空部分内に充填されることを特徴とするトレンチゲートのリードアウト構造。
【請求項６】
トレンチゲートのリードアウト構造を製造する方法であって
基板の表面上にトレンチを形成するステップと、
前記トレンチの内部表面上にゲート酸化物層を形成するステップと、
前記トレンチを完全に充満させることなくポリシリコンで前記トレンチの前記内部表面を充填し、前記トレンチ内の前記ポリシリコンの表面上に凹みを形成するステップと、
前記基板および前記トレンチ上に絶縁用の誘電体を形成するステップと、
誘電体穴を形成するように前記絶縁用の誘電体をフォトエッチングおよびエッチングするステップであって、それによって前記トレンチの側壁の前記ポリシリコンを露出させ、前記絶縁用の誘電体を前記基板上の第１の誘電体層と前記トレンチ内の第２の誘電体層とに分割する、フォトエッチングおよびエッチングするステップと、
前記第２の誘電体層を囲む前記ポリシリコンを部分的に除去するようにコンタクトホールのエッチングを実行し、前記第２の誘電体層とその両側の前記ポリシリコンとの間に間隙を形成するステップと、
前記誘電体穴および前記間隙の中に金属を充填するようにコンタクトホールの充填を実行するステップ、およびポリシリコンゲートに接続される金属プラグを形成するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記基板および前記トレンチ上に絶縁用の誘電体を形成する前記ステップは、
前記トレンチ内に前記絶縁用の誘電体を堆積させるステップと、
前記トレンチから溢れ出る前記絶縁用の誘電体をエッチングバックし、前記基板上の前記絶縁用の誘電体および前記トレンチの外側の前記ポリシリコンを除去するステップと、
前記トレンチの外側の前記基板上の前記ポリシリコンを除去するように前記ポリシリコンをエッチングバックし、このようにして活性領域を露出させるステップと、
前記基板、残りの前記ポリシリコン、および前記絶縁用の誘電体上に絶縁用の誘電体を再び堆積させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記トレンチ内に前記絶縁用の誘電体を堆積させる前記ステップは、反応物としてオルトケイ酸テトラエチルを用いて二酸化ケイ素層の化学気相成長によって実行されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、前記絶縁用の誘電体をフォトエッチングおよびエッチングする前記ステップは、前記ポリシリコンの前記露出を確実にするために絶縁媒体をオーバーエッチングすることによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、コンタクトホールの充填を実行する前記ステップの後に、平坦化プロセスを実行するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体を製造する技術に関し、トレンチゲートのリードアウト構造に特に関し、トレンチゲートのリードアウト構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コスト上の理由により、従来の縦型二重拡散式の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＶＤＭＯＳ）の製品は、拡大されたリードアウトトレンチを伴う端部サイズを有し、トレンチゲートは、そこにコンタクトホールを開けることによって導き出されている。この解決策の利点は、製品プロセスの既存のマスク層を使用でき、マスク層のコストを増大させないことである。しかしながら、欠点は、リードアウトトレンチの端部のサイズが大きくなるにつれて、堆積されるポリシリコンが厚くなり、結果としてコストが増加するというものであり、したがって、この従来の解決策の適用は制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、大きいサイズのトレンチゲートにポリシリコンがより厚く堆積されることによって増加するコストの問題に対処するためのトレンチゲートのリードアウト構造、およびその製造方法を提供することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
トレンチゲートのリードアウト構造は、基板と、基板の表面上のトレンチと、基板上に位置する第１の誘電体層とを備え、このトレンチゲートのリードアウト構造は、トレンチの内部表面上に位置するゲート酸化物層と、ゲート酸化物層上に位置するポリシリコンゲートとをさらに備える。トレンチは、ポリシリコンゲートの表面上に凹みが形成されるようにポリシリコンゲートで部分的に充填され、第２の誘電体層は、この凹み内に充填される。トレンチゲートのリードアウト構造は、第１の誘電体層を通じて下向きに延びるとともに第２の誘電体層とポリシリコンゲートとの間に挿入される金属プラグであって、ポリシリコンゲートに接続されるようになっている金属プラグをさらに備える。
【０００５】
トレンチゲートのリードアウト構造を製造する方法は、基板の表面上にトレンチを形成するステップと、トレンチの内部表面上にゲート酸化物層を形成するステップと、トレンチを完全に充満させることなくポリシリコンでトレンチの内部表面を充填し、トレンチ内のポリシリコンの表面上に凹みを形成するステップと、基板およびトレンチ上に絶縁用の誘電体を形成するステップと、誘電体穴を形成するように絶縁用の誘電体をフォトエッチングおよびエッチングするステップであって、それによってトレンチの側壁のポリシリコンを露出させ、絶縁用の誘電体を基板上の第１の誘電体層とトレンチ内の第２の誘電体層とに分割する、フォトエッチングおよびエッチングするステップと、第２の誘電体層を囲むポリシリコンを部分的に除去するようにコンタクトホールのエッチングを実行し、第２の誘電体層とその両側のポリシリコンとの間に間隙を形成するステップと、誘電体穴および間隙の中に金属を充填するようにコンタクトホールの充填を実行するステップ、およびポリシリコンゲートに接続される金属プラグを形成するステップとを含む。
【０００６】
前述のトレンチゲートのリードアウト構造、およびその製造方法では、ポリシリコンゲートでトレンチを完全に充満させることは必要とされず、堆積されたポリシリコンの厚さはセルトレンチの所定の幅にのみ関連しており、したがって、この厚さはかなり減少させられ、ポリシリコン堆積の生産能力が改善され、コストが削減する。
【０００７】
本開示のさらなる目的、特徴、および利点は、添付図面に示された好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになろう。図面中の異なる例における同じ参照番号の使用は、同じ項目を示し得るものであり、図面は、原寸に比例することは意図されておらず、本開示の主題を示すことを強調している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態によるトレンチゲートのリードアウト構造の断面図である。
【図２】一実施形態によるトレンチゲートのリードアウト構造を製造する方法の流れ図である。
【図３】一実施形態によるステップＳ３２０が完了した後のデバイスの断面図である。
【図４ａ】一実施形態によるステップＳ３３２からＳ３３８ステップＳ３２０がそれぞれ完了した後のデバイスの断面図である。
【図４ｂ】一実施形態によるステップＳ３３２からＳ３３８ステップＳ３２０がそれぞれ完了した後のデバイスの断面図である。
【図４ｃ】一実施形態によるステップＳ３３２からＳ３３８ステップＳ３２０がそれぞれ完了した後のデバイスの断面図である。
【図４ｄ】一実施形態によるステップＳ３３２からＳ３３８ステップＳ３２０がそれぞれ完了した後のデバイスの断面図である。
【図５】一実施形態によるステップＳ３３０のサブステップの流れ図である。
【図６】ステップＳ３４０が完了した後のデバイスの断面図である。
【図７】ステップＳ３５０が完了した後のデバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施形態は、添付図面を参照して以下により十分に説明される。好ましい実施形態は、添付図面に説明されている。しかしながら、本発明の様々な実施形態は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書中に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全になるように与えられ、本発明の範囲を当業者に十分に伝えることになる。
【００１０】
他に定めがない限り、本明細書中で使用される（科学技術用語を含む）全ての用語は、本発明の属する技術分野における当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書中に使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定することが意図されていない。本明細書中に使用されるとき、用語「および／または」は、関連して挙げられた項目のうち１つ以上からなるいずれかの組み合わせおよび全部の組み合わせを含む。
【００１１】
ある要素が別の要素に「固定される」と呼ばれるとき、それは、他方の要素に直接的に固定されてもよく、または介在要素が存在してもよいことが理解されよう。また、ある要素が別の要素に「接続される」または「結合される」と呼ばれるとき、それは、他方の要素に直接的に接続または結合されてもよく、または介在要素が存在してもよい。本明細書中に使用されるとき、用語「垂直（縦）」、「水平」、「左」、「右」などは、例示のためのものにすぎない。
【００１２】
図１は、一実施形態によるトレンチゲートのリードアウト構造の断面図である。それは、（図中の空白領域として示された）基板１０と、（符号付けされていない）基板１０の表面上に位置するトレンチと、基板１０上に位置する第１の誘電体層２２と、トレンチの内部表面上に位置するゲート酸化物層３３と、ゲート酸化物層３３上に位置するポリシリコンゲート３１と、トレンチ内に位置しポリシリコンゲート３１によって半分囲まれる第２の誘電体層４１と、第１の誘電体層２２を通じて下向きに延びるとともに第２の誘電体層４１とポリシリコンゲート３１との間に挿入される金属プラグ５０であって、ポリシリコンゲート３１に接続されるようになっている金属プラグ５０とを備える。具体的には、トレンチは、ポリシリコンゲート３１で部分的に充填され、したがって、トレンチと共に凹んでいる凹みは、ポリシリコンゲート３１の表面上に形成され、第２の誘電体層４１は、凹み内に充填される。図１に示されるように、第２の誘電体層４１の上部および下部は、異なる充填パターンで示されるが、いくつかの実施形態では、第２の誘電体層４１の上部および下部は、同じ材料であってもよく、同じステップで堆積および形成されてもよく、これは、以下の製造方法に詳細に説明される。
【００１３】
前述のトレンチゲートのリードアウト構造では、ポリシリコンゲート３１でトレンチを完全に充満させることは必要とされず、堆積されたポリシリコンの厚さはセルトレンチの所定の幅にのみ関連しており、したがって、この厚さはかなり減少させられ、ポリシリコン堆積の生産能力が改善され、コストが削減される。
【００１４】
前述のトレンチゲートのリードアウト構造はより幅広いトレンチに特に適しており、したがってホールレベル（ｈｏｌｅ  ｌｅｖｅｌ）についての線幅（ｌｉｎｅ  ｗｉｄｔｈ）の要求は緩められ得ることが理解されよう。フォトエッチングは、生産コストを削減するように、ＤＵＶ（深紫外）デバイスの代わりに一般的なアイラインデバイス（ｉ−ｌｉｎｅ  ｄｅｖｉｃｅ）を用いて実行することができる。
【００１５】
金属プラグ５０は、ポリシリコンゲート３１の側表面に接触する構造を有し、したがって、金属プラグ５０の接触面が大きくなるほど、対応する接触抵抗は少なくなり、電導はより信頼できるものになる。
【００１６】
従来の構造の欠点の１つは、ある条件を満たすトレンチのサイズの場合、コンタクトホールは、容易に、トレンチの端部を貫通する（すなわち、ポリシリコンゲートを貫く）ことができることである。前述のトレンチゲートのリードアウト構造では、第２の誘電体層４１は、ポリシリコンゲート３１内に形成され、ポリシリコン上のコンタクトホールをエッチングしている間にブロック層として働くことができ、したがって、ポリシリコンゲート３１は、容易にエッチングで貫通され得ない。
【００１７】
図１に例示した実施形態では、トレンチ内に位置するポリシリコンゲート３１は、Ｕ形の構造の断面を有し、第２の誘電体層４１は、Ｕ形の構造の凹形の中空部分内に充填される。
【００１８】
実施形態の１つでは、金属プラグ５０は、タングステンプラグである。他の実施形態では、先行技術において知られている他の金属は、コンタクトホールを充填するのに使用することもできる。
【００１９】
実施形態の１つでは、第２の誘電体層４１は、反応物としてオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いて堆積される二酸化ケイ素層である。他の実施形態では、第２の誘電体層４１は、りんけい酸ガラス（ＰＳＧ）／ホウ素をドープしたりんけい酸ガラス（ＢＰＳＧ）、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素等などの他の絶縁材料で形成することもできる。
【００２０】
前述のトレンチゲートのリードアウト構造は、（ＶＤＭＯＳおよびＬＤＭＯＳを含む）ＤＭＯＳデバイスに特に適している。トレンチゲートのリードアウト構造は、他の半導体デバイスにも適していることが理解されるべきである。
【００２１】
図２は、一実施形態によるトレンチゲートのリードアウト構造を製造する方法の流れ図であり、以下のステップを含む。
【００２２】
Ｓ３１０、トレンチが、基板の表面上に形成される。
【００２３】
トレンチは、エッチングによってウェハ基板の表面上に形成される。
【００２４】
Ｓ３２０、トレンチの内部表面は、トレンチを完全に充満させることなくポリシリコンで充填され、トレンチ内のポリシリコンの表面上の凹みが形成される。
【００２５】
ポリシリコンは堆積プロセスによって充填され、トレンチの内部表面は完全には充満されることなくポリシリコンの層で充填され、したがって、凹みは自然に形成される。図３は、ステップＳ３２０後のデバイスの断面図を示しており、トレンチ内のポリシリコン層３２は、Ｕ形の構造の断面を有する。ポリシリコンが直接堆積される（すなわち、マスクが使用されない）場合、ポリシリコン層は、トレンチの外側の基板１０の一部の上に形成することもできるが、トレンチの外側のポリシリコンは、ポリシリコンゲートには不要であることを理解すべきである。マスクまたはブロック層がフォトエッチングによって形成される場合、ポリシリコンは、トレンチ内にのみ形成することができ、しかしながら、通常、これによってコストが増加する結果となる。
【００２６】
例示した実施形態では、トレンチの表面上にゲート酸化物層３３を形成するステップが、ステップＳ３１０とＳ３２０の間にさらに含まれる。ポリシリコン層３２は、ゲート酸化物層３３上に堆積される。ゲート酸化物層は、熱酸化によってゲート酸化物層を形成するような周知のプロセスによって形成することができる。
【００２７】
Ｓ３３０、絶縁用の誘電体は、基板およびトレンチ上に形成される。
【００２８】
ポリシリコンがトレンチ内にのみ堆積される場合、またはトレンチの外側のポリシリコンが除去される場合、ステップＳ３３０後のデバイスの断面図は、図４ｄに示されている。絶縁用の誘電体４０の層は、直接堆積することができる（絶縁用の誘電体４０は、チェッカ盤状の充填パターンを有する下部を含む）。しかしながら、前述したように、コストを削減するために、例示した実施形態において、ポリシリコンは、直接堆積され、ポリシリコンのマスク層のコストを増加させることがない。したがって、具体的には、例示した実施形態におけるステップＳ３３０は、以下のサブステップを含む。
【００２９】
Ｓ３３２、絶縁用の誘電体が、トレンチ内に堆積される。
【００３０】
堆積された絶縁用の誘電体の厚さは、トレンチを充満するのに十分であるように保証されている。例示した実施形態では、第２の誘電体層４１は、反応物としてオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いて堆積される二酸化ケイ素層であり、ステップＳ３３２後のデバイスの断面図は、図４ａに示されている。他の実施形態では、絶縁用の誘電体は、りんけい酸ガラス（ＰＳＧ）／ホウ素をドープしたりんけい酸ガラス（ＢＰＳＧ）、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素等などの他の絶縁材料であり得る。
【００３１】
Ｓ３３４、トレンチから溢れ出る絶縁用の誘電体はエッチングバックされ、トレンチの外側の基板およびポリシリコン上の絶縁用の誘電体は除去される。
【００３２】
ドライエッチングまたはウェットエッチングが使用され得る。トレンチの外側の基板およびポリシリコン上に堆積された絶縁用の誘電体が完全に除去され、下に横たわるポリシリコン層３２が露出されることを保証することが必要とされる。しかしながら、ステップＳ３３６におけるエッチングバック中にポリシリコン層３２を保護するように、十分な量の絶縁用の誘電体がトレンチの開口部内に残されていることを確実にすることも必要である。ステップＳ３３４後のデバイスの断面図は、図４ｂに示されている。
【００３３】
Ｓ３３６、ポリシリコンは、トレンチの外側の基板上のポリシリコンを除去するようにエッチングバックされる。このようにして活性領域は露出される。
【００３４】
活性領域を露出した後、デバイスの活性領域が製造される。先行技術において知られている活性領域を製造するプロセスが使用されてもよく、この製造プロセスは、本開示の特徴に関係ないだけでなく、トレンチゲートのリードアウト構造にも関係ないので、それは本明細書中において説明されない。ステップＳ３３６後のデバイスの断面図は、図４ｃに示されている。
【００３５】
トレンチ内のポリシリコン層は比較的薄い（トレンチは、ポリシリコンで充満されず、ポリシリコンの層だけがその内壁を覆っている）ので、ステップＳ３３６におけるエッチングバック中、（さらに、下に横たわる酸化物ゲート層３３が損傷を受けても）ポリシリコン層３２は、たくさんエッチングされる。第２の誘電体層４１は、ポリシリコンがエッチングされるときにブロック層として主に働き、それによってポリシリコンのエッチング中に、トレンチ内のポリシリコン層３２が第２の誘電体層４１によって保護され、下に横たわるポリシリコンがエッチングされないことを保証する。
【００３６】
Ｓ３３８、絶縁用の誘電体は、基板、残りのポリシリコン、および絶縁用の誘電体上に再び堆積される。
【００３７】
活性領域が製造された後、絶縁用の誘電体は、基板１０、残りのポリシリコン３２、および絶縁用の誘電体４１上に再び堆積される。堆積された絶縁用の誘電体の厚さは、トレンチの開口部を充満するのに十分であるように保証されている。ステップＳ３３８において堆積された絶縁用の誘電体は、ステップＳ３３２における絶縁用の誘電体と同じ材料であってもよく、または異なる材料であってもよく、その後、堆積された絶縁用の誘電体は、中間層の誘電体（ＩＬＤ）として働き得る。例示した実施形態では、絶縁用の誘電体は、（ステップＳ３３２およびＳ３３８において）２回堆積され、したがって、図４には、区別するために、２つの異なる充填パターンが示されている。
【００３８】
絶縁用の誘電体は、図５に示された方法により堆積され、したがって、ステップＳ３２０、Ｓ３３２、Ｓ３３４、Ｓ３３６、およびＳ３３８において、フォトエッチングは必要とされず、余分なポリシリコンのフォトエッチング層は必要とされず、対応するマスクは必要とされず、したがって、コストは節約される。
【００３９】
Ｓ３４０、絶縁用の誘電体は、誘電体穴を形成するようにフォトエッチングおよびエッチングされ、この絶縁用の誘電体は、第１の誘電体層と第２の誘電体層とに分割される。
【００４０】
誘電体穴は、トレンチの側壁にあるポリシリコン層３２が露出されることを保証するために、ある種のオーバーエッチングを有することが必要とされる。ステップＳ３４０後のデバイスの断面図が、図６に示されており、絶縁用の誘電体４０は、基板１０上の第１の誘電体層２２と、誘電体穴によってポリシリコン層３２の表面上に形成された凹み内に充填される第２の誘電体層４１とに分割される。
【００４１】
Ｓ３５０、コンタクトホールのエッチングが実行され、間隙が第２の誘電体層とその両側のポリシリコンとの間に形成される。
【００４２】
図７に示されるように、第２の誘電体層４１を囲むポリシリコンは、ポリシリコンのエッチングによって部分的に除去され、ポリシリコンゲート３１が形成される。
【００４３】
Ｓ３６０、コンタクトホールの充填は、誘電体穴および間隙の中に金属を充填するように実施され、ポリシリコンゲートに接続された金属プラグが形成される。
【００４４】
図１を参照すると、実施形態の１つでは、金属プラグ５０は、タングステンプラグである。他の実施形態では、先行技術において知られている他の金属は、コンタクトホールを充填するために使用することもできる。
【００４５】
例示した実施形態では、金属が完全に充填された後、金属プラグは、エッチングバックされることが必要とされ、デバイスの表面は、平坦化されることが必要とされる。
【００４６】
前述のトレンチゲートのリードアウト構造を製造する方法は、（ＶＤＭＯＳおよびＬＤＭＯＳを含む）ＤＭＯＳデバイスに特に適している。この製造する方法は、他の半導体デバイスにも適していることが理解されるべきである。
【００４７】
上記の実施形態の技術的特徴は、任意に組み合わされてもよい。簡潔に説明を行うために、前述の実施形態における様々な技術的特徴の全ての可能な組み合わせについて説明することはない。この説明の範囲とみなされるべきこれらの技術的特徴の組み合わせにおける矛盾はないことを理解されたい。
【００４８】
本開示は、特定の実施形態を参照して本明細書中に例示および説明されているが、本開示は、図示の詳細に限定されることは意図していない。特許請求の範囲の範囲内およびその均等の範囲内で、本開示から逸脱することなく、様々な変形が詳細になされてもよいことに留意されたい。したがって、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲によって決まるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
2019506010.tif 000006
【図４ｂ】
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【図４ｃ】
2019506010.tif 000008
【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019506010.tif 000012
【国際調査報告】
2019506010.tif 000013
2019506010.tif 000014
2019506010.tif 000015
2019506010.tif 000016