JP2009071184A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチ分離を有する半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having trench isolation.
従来、トレンチ分離を有する半導体装置の一例として特許文献1に示すものがあった。 Conventionally, as an example of a semiconductor device having trench isolation, there is one shown in Patent Document 1.
特許文献1に示される半導体装置は、半導体基板の表面にトレンチが設けられている。そのトレンチは、表面には熱酸化膜が設けられ、トレンチ内に空隙ができるように、一部がトレンチに嵌まり込み、かつ上方に延びる絶縁膜が設けられている。そして、トレンチの上端の径は、絶縁膜の径よりも小さくされている。このようにすることによって、応力を緩和するものである。
しかしながら、上述の特許文献1に示される半導体装置においては、トレンチの表面に熱酸化膜を設けるため工数及び材料が増えるためコストアップになるという問題がある。 However, in the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 described above, there is a problem in that the number of processes and materials increases because the thermal oxide film is provided on the surface of the trench, resulting in an increase in cost.
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、トレンチ分離を有する半導体装置において、コストアップを抑制しつつ、半導体基板の応力を緩和することができる半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can relieve stress on a semiconductor substrate while suppressing an increase in cost in a semiconductor device having trench isolation. .
上記目的を達成するために請求項1に記載の半導体装置は、トレンチ分離構造を有する半導体装置であって、半導体基板と、半導体基板にその半導体基板が露出した状態で設けられたトレンチと、少なくともトレンチの開口部を覆う絶縁材料からなる蓋部材と、トレンチの表面と蓋部材にて囲まれたボイドとを備えることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to claim 1 is a semiconductor device having a trench isolation structure, and includes at least a semiconductor substrate, a trench provided with the semiconductor substrate exposed to the semiconductor substrate, and at least A lid member made of an insulating material that covers the opening of the trench, and a void surrounded by the surface of the trench and the lid member are provided.
このようにすることによって、トレンチの表面(側壁)に熱酸化膜を設けることなくボイドにて半導体基板の応力を緩和することができ、コストアップを抑制することができる。また、半導体基板の応力を緩和することができるので、半導体基板の結晶欠陥も抑制することができる。 By doing in this way, the stress of a semiconductor substrate can be relieved with a void, without providing a thermal oxide film in the surface (side wall) of a trench, and a cost increase can be suppressed. Moreover, since the stress of the semiconductor substrate can be relaxed, crystal defects of the semiconductor substrate can also be suppressed.
また、請求項2に示すように、トレンチの底部には、トレンチの周囲に広がるノッチを備えるようにしてもよい。このようにすることによって、耐圧を向上させることもできる。 According to a second aspect of the present invention, the bottom of the trench may be provided with a notch that extends around the trench. By doing in this way, a proof pressure can also be improved.
また、請求項3に示すように、トレンチは、ボーイング形状をなすようにしてもよい。このようにすることによって、トレンチの開口部のみに蓋部材を設けることができるので、ボイドを設けやすくすることができる。 According to a third aspect of the present invention, the trench may have a bow shape. By doing in this way, since a lid member can be provided only in the opening of a trench, it can be made easy to provide a void.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は、本発明の施の形態における半導体装置を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態における半導体装置100は、支持基板10、貼り合せ酸化膜20、及び活性層30(例えば、単結晶シリコンからなる)からなる貼り合せSOI基板が用いられる。このSOI基板の表面には、LOCOS40及び酸化膜50が形成されている。そして、活性層30には、活性層30に形成される素子(図示省略)を絶縁するためのものであり、貼り合せ酸化膜20に達するトレンチ70が形成されている。
As shown in FIG. 1, a
このトレンチ70は、表面に活性層30(半導体基板)が露出した状態で設けられるものである。そして、トレンチ70の開口部には、酸化膜50によって形成される蓋部材60が形成される。よって、半導体装置100は、トレンチ70の表面と蓋部材60とによって囲まれたボイド80が形成されている。
The
従来、素子を絶縁分離するトレンチは、トレンチ側壁酸化後にポリシリコンでトレンチ内全体を埋め込むか、酸化膜の絶縁膜で埋め込み絶縁分離していた。しかしながら、トレンチをポリシリコンや酸化膜系で埋め込む場合、後工程において半導体基板(活性層)に応力が生じ、結晶欠陥が発生する可能性があった。また、このような結晶欠陥を防止するために、高温熱処理を追加することも考えられるが、工程が長くなったり拡散層が広がりすぎてしまったりする可能性がある。ボイド80は、このようなポリシリコンや酸化膜をトレンチに埋め込むことによって生じる応力を緩和して、結晶欠陥の発生を抑制するためのものである。
Conventionally, a trench for insulating and isolating elements has been embedded in the entire trench with polysilicon after trench sidewall oxidation, or embedded and isolated with an insulating film of an oxide film. However, when the trench is filled with polysilicon or an oxide film system, stress may be generated in the semiconductor substrate (active layer) in a subsequent process, and crystal defects may occur. In order to prevent such crystal defects, it is conceivable to add a high-temperature heat treatment, but there is a possibility that the process becomes longer or the diffusion layer becomes too wide. The
ここで、本実施の形態における半導体装置100の製造方法に関して説明する。
Here, a method for manufacturing the
まず、支持基板10、貼り合せ酸化膜20、及び活性層30(例えば、単結晶シリコンからなる)からなる貼り合せSOI基板に、酸化工程、成膜工程、ホト工程、エッチング工程、不純物拡散工程を繰り返し、デバイスを形成する。なお、このデバイスを形成する工程に関しては、一般的なプロセスであるため詳しい説明を省略する。
First, an oxidation process, a film forming process, a photo process, an etching process, and an impurity diffusion process are performed on a bonded SOI substrate including the
そして、素子分離したい部分の酸化膜をフォトエッチング工程により除去する。次に、活性層30などに対して、トレンチエッチングでトレンチ70を形成する。このトレンチ70を形成するための条件の一例としては、SF6を70SCCM,O2を10SCCM,コイルマグネットパワーを800Wで貼り合せ酸化膜20に到達する手前までエッチングする。
Then, the oxide film in a portion where element isolation is desired is removed by a photoetching process. Next, a
その後、FイオンをSOI基板(活性層30)に引き込むためのRFパワーを時間比20%(オン・オフ比)にしながらエッチングする。なお、Fイオンが基板に到達した際に、分離された活性層部分が帯電することにより、Fイオンが引き付けられ横方向にエッチングが進む。これを防止するために、RFパワーをオン・オフさせて帯電防止し、横方向のエッチングを低減する。このようにして、図1に示すような、ほぼ垂直に近いトレンチ70を形成する。
Thereafter, etching is performed while the RF power for drawing F ions into the SOI substrate (active layer 30) is set to a time ratio of 20% (on / off ratio). When F ions reach the substrate, the separated active layer portion is charged, so that F ions are attracted and etching proceeds in the lateral direction. In order to prevent this, the RF power is turned on and off to prevent charging, and lateral etching is reduced. In this way, a
その後、トレンチ70の開口部に蓋部材60を形成するために、O3-BPSGを成膜する。具体的には、CVD装置のチャンバ内(例えば、480℃)にTEOS、TEB、TEPO、オゾンを導入し、O3-BPSG膜を成膜する。Bの濃度やPの濃度によりTEOS、TEB、TEPOの流量を調整する。また、カバレッジを良くするために、一例として、圧力:600Torr、TEOS:1200mg/分、TEB:38mg/分、TEPO:50mg/分で成膜する。なお、レートが小さいため、2ndステップで、レートが大きくなる条件(例えば、圧力:200Torrに下げる)で成膜し膜厚を稼ぐ。
Thereafter, in order to form the
その後、800℃から950℃程度の熱処理でBPSG膜をリフローさせて、トレンチ70の開口部に蓋部材60を形成する。なお、本実施の形態においては、トレンチ70の表面には側壁酸化膜を形成していないため、O3−BPSGを成膜してもトレンチ70の側面にBPSG膜成膜されにくくなる。また、リフローしてもトレンチ70内部に流れ込みにくくなる。したがって、本実施の形態における半導体装置100は、トレンチに側壁酸化膜を形成しないため、トレンチに側壁酸化膜を形成した場合に比べて、コストアップを抑制することができると共に、ボイド80を大きくすることができるので応力による結晶欠陥をより一層低減することができる。つまり、分離耐圧を稼ぐことができるという効果も奏する。
Thereafter, the BPSG film is reflowed by heat treatment at about 800 ° C. to 950 ° C., and the
なお、トレンチ70の上部をうめた後で、CMPで平坦化し、コンタクト形成のためのフォトエッチングを行う。そして、一般的に行われているバリアメタル形成工程やWプラグやAL配線形成を行い、最後に保護膜を形成しウェハ工程完了となる。
In addition, after filling the upper part of the
(変形例1)
次に、図2に示す変形例1における半導体装置110に関して説明する。なお、変形例1においては、上述の実施の形態と同等な点が多いため、異なる点を重点的に説明する。
(Modification 1)
Next, the
図2に示すように、半導体装置110は、トレンチ70の底部にトレンチ70の周囲に広がるノッチ81が形成される。このノッチ81は、トレンチエッチングでオーバーエッチングを行うことによって形成することができる。このようにノッチ81を設けることによって、トレンチ70の底部が酸化膜で覆われていない場合であっても、耐圧を向上させることができる。
As shown in FIG. 2, in the
なお、このノッチ81を形成する場合、トレンチエッチングの条件で、2ndステップ目のRFバイアスのオン・オフ(例えば、時間比20%など)をやめることにより、横方向のエッチングを進ませて耐圧を稼ぐこともできる。また、オーバーエッチングを長時間いれることにより横方向のエッチングを進行させることもできる。
In the case of forming the
(変形例2)
次に、図3に示す変形例2における半導体装置120に関して説明する。なお、変形例2においては、上述の実施の形態と同等な点が多いため、異なる点を重点的に説明する。
(Modification 2)
Next, the
図3に示すように、変形例2における半導体装置120のトレンチ70は、ボーイング形状をなすものである。つまり、トレンチ70は、開口部及び底部に比べて、中間部分が広く形成されている。したがって、ボイド80aにかんしても開口部及び底部に比べて、中間部分が広く形成されたボーイング形状をなすものである。
As shown in FIG. 3, the
このようにトレンチ70をボーイング形状にする場合、例えば、トレンチエッチング条件で、基板温度を従来の−50℃から高くしたり、酸素流量を少なくしたりすることにより形成することができる。基板温度が高くなるとSiエッチレートが上がり、かつトレンチ70の側壁につくポリマーが揮発し側壁に着きにくくなる。また、SF6ガスが等方的にSi(活性層30)をエッチングするために逆テーパー状にエッチングが進む。しかし、トレンチ70が深くなるとFイオンが供給されにくくなってくるためトレンチ70の底部ではエッチングが進みにくくなってボーイング形状になる。
In this way, when the
このようにすることによって、トレンチ70の開口部のみに蓋部材60を設けることができるので、ボイド80aを設けやすくすることができる。
By doing in this way, since the
10 支持基板、20 貼り合せ酸化膜、30 活性層、40 LOCOS、50 酸化膜、60 蓋部材、70 トレンチ、80,80a ボイド、81 ノッチ、100,110,120 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
半導体基板と、
前記半導体基板に当該半導体基板が露出した状態で設けられたトレンチと、
少なくとも前記トレンチの開口部を覆う絶縁材料からなる蓋部材と、
前記トレンチの表面と前記蓋部材にて囲まれたボイドと、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a trench isolation structure,
A semiconductor substrate;
A trench provided in the semiconductor substrate with the semiconductor substrate exposed;
A lid member made of an insulating material covering at least the opening of the trench;
A void surrounded by the surface of the trench and the lid member;
A semiconductor device comprising:
Priority Applications (1)
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JP2007239958A JP2009071184A (en) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | Semiconductor device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011071292A (en) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Asahi Kasei E-Materials Corp | Air gap structure and method of forming air gap |
JP2012009489A (en) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Denso Corp | Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device |
US9466667B2 (en) | 2014-09-10 | 2016-10-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device and method for manufacturing same |
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2007
- 2007-09-14 JP JP2007239958A patent/JP2009071184A/en active Pending
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