JP2022059519A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路に関する。 The present invention relates to semiconductor integrated circuits.
半導体集積回路における素子分離構造の一例として、トレンチ分離が知られている。素子分離構造とは、隣接する素子間でのリーク電流を防ぎ、耐圧を確保するための半導体集積回路の素子分離技術である。トレンチ分離とは、半導体集積回路内の素子の周囲に、例えば絶縁物を充填した溝(トレンチ)を配置して素子同士を分離する技術であり、STI(Shallow Trench Isolation)、DTI(Deep Trench Isolation)等が知られている。また、トレンチ分離技術は、トレンチゲート型トランジスタ等の縦型半導体集積回路にも用いられている。 Trench separation is known as an example of an element separation structure in a semiconductor integrated circuit. The element separation structure is an element separation technique for a semiconductor integrated circuit for preventing leakage current between adjacent elements and ensuring withstand voltage. Trench isolation is a technique for separating elements by arranging, for example, a groove (trench) filled with an insulator around the element in a semiconductor integrated circuit, and separates the elements from each other. STI (Shallow Trench Isolation), DTI (Deep Trench Isolation) ) Etc. are known. The trench separation technique is also used in vertical semiconductor integrated circuits such as trench gate type transistors.
トレンチ分離に関連する文献として、例えば特許文献1が知られている。特許文献1に開示された半導体装置の製造方法では、半導体基板にピラーを区画する複数のトレンチを設ける工程と、トレンチの底部のビット線が形成される領域である第1の領域を覆う埋め込みシリコン酸化膜と、埋め込みシリコン酸化膜の内部に埋め込まれた埋め込みドープドシリコン膜と、第1の領域よりも上方の領域である第2の領域の側面に形成されたシリコン窒化膜とを有し、第1の領域の側面の一部に埋め込みシリコン酸化膜の露出された溝を形成する工程と、溝の内面にノンドープシリコン膜を形成して、熱処理を施すことにより埋め込みドープドシリコン膜の上面に新たな埋め込みドープドシリコン膜を形成する工程とを備えている。特許文献1では、上記構成の半導体装置の製造方法によれば、さらに微細化された高密度の半導体装置を製造できるとしている。 As a document related to trench separation, for example, Patent Document 1 is known. In the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1, a step of providing a plurality of trenches for partitioning pillars on a semiconductor substrate and embedded silicon covering a first region where bit wires are formed at the bottom of the trenches. It has an oxide film, an embedded doped silicon film embedded inside the embedded silicon oxide film, and a silicon nitride film formed on the side surface of a second region, which is a region above the first region. The process of forming an exposed groove of the embedded silicon oxide film on a part of the side surface of the first region and the process of forming a non-doped silicon film on the inner surface of the groove and performing heat treatment on the upper surface of the embedded doped silicon film. It includes a step of forming a new embedded doped silicon film. Patent Document 1 states that a further miniaturized high-density semiconductor device can be manufactured according to the method for manufacturing a semiconductor device having the above configuration.
また、特許文献2に開示された半導体装置の素子分離方法も知られている。特許文献2に開示された半導体装置の素子分離方法では、P型の半導体基板上にN型エピタキシャル層を形成し、その上面に酸化膜と窒化膜を順次形成した後、エッチングによりトレンチ層を形成し、トレンチ層の内壁面に酸化膜によるサイドウォールを形成した後に、ボロンを含んだBSG膜などのドープドCVD膜を埋め込む。特許文献2では、このような半導体装置の素子分離方法によれば、トレンチ層内のサイドウォールによりボロンの横方向の拡散を防止し、半導体基板との接合が可能となるので、低温処理で微細な分離領域が得られるとしている。 Further, a method for separating elements of a semiconductor device disclosed in Patent Document 2 is also known. In the element separation method of the semiconductor device disclosed in Patent Document 2, an N-type epitaxial layer is formed on a P-type semiconductor substrate, an oxide film and a nitride film are sequentially formed on the upper surface thereof, and then a trench layer is formed by etching. Then, after forming a sidewall made of an oxide film on the inner wall surface of the trench layer, a doped CVD film such as a BSG film containing boron is embedded. In Patent Document 2, according to such a method for separating elements of a semiconductor device, the sidewall in the trench layer prevents the boron from diffusing in the lateral direction and enables bonding with a semiconductor substrate. It is said that a good separation area can be obtained.
さらに、特許文献3に開示された半導体装置の製造方法も知られている。特許文献3に開示された半導体装置の製造方法では、所定のトレンチを形成した半導体基板に、その全面にかつ表面と平行に絶縁膜、ポリシリコン薄膜、ボロン、燐などの添加物をドープしたシリコン酸化膜を順次形成し、次いで熱処理に付してトレンチ内の凹部をドープドシリコン酸化膜の成長によって埋設するとともにドープトシリコン酸化膜中の添加物をポリシリコン薄膜中に拡散させ、最後にトレンチ部以外のドープトシリコン酸化膜をエッチングすることによってキャパシタ電極を形成している。特許文献3では、このような半導体装置の製造方法によれば、トレンチの埋め込み時にトレンチ部内部にポリシリコンが堆積されない箇所が形成されることが抑制され、トレンチの形状のバラツキに依存することなくトレンチの埋め込みを行うことができるとしている。 Further, a method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 3 is also known. In the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 3, silicon in which an insulating film, a polysilicon thin film, boron, phosphorus and other additives are doped on the entire surface and parallel to the surface of a semiconductor substrate having a predetermined trench formed therein. The oxide film is sequentially formed, and then subjected to heat treatment to fill the recesses in the trench by the growth of the doped silicon oxide film, and the additives in the doped silicon oxide film are diffused into the polysilicon thin film, and finally the trench. A capacitor electrode is formed by etching a doped silicon oxide film other than the portion. In Patent Document 3, according to such a method for manufacturing a semiconductor device, it is possible to suppress the formation of a portion where polysilicon is not deposited inside the trench portion when the trench is embedded, and it does not depend on the variation in the shape of the trench. It is said that trenches can be embedded.
また、特許文献4に開示された半導体装置も知られている。特許文献4に開示された半導体装置は、半導体基板の一面に形成されたトレンチの側壁に第1のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜と第2のシリコン酸化膜とが順に積層された積層膜が形成され、積層膜を介して、トレンチの内部にボロンがドープされたポリシリコンが埋め込まれてなるトレンチゲート構造を有する半導体装置であって、積層膜中のシリコン窒化膜は、ボロンの通過を抑制できる膜厚および膜質であり、積層膜中のトレンチの第1のシリコン酸化膜の膜厚は、ポリシリコン側の第2のシリコン酸化膜の膜厚よりも大きいことを特徴としている。特許文献4では、このような半導体装置によれば、ボロンがドープされたポリシリコンがトレンチ内に埋め込まれたトレンチゲート構造の半導体装置において、トレンチの側壁上に形成された絶縁膜の耐圧の低下を抑制することができるとしている。 Further, the semiconductor device disclosed in Patent Document 4 is also known. In the semiconductor device disclosed in Patent Document 4, a laminated film in which a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film are sequentially laminated is formed on a side wall of a trench formed on one surface of a semiconductor substrate. It is a semiconductor device having a trench gate structure in which silicon doped with boron is embedded in a trench through a laminated film, and the silicon nitride film in the laminated film can suppress the passage of boron. It is a film thickness and a film quality, and is characterized in that the film thickness of the first silicon oxide film in the trench in the laminated film is larger than the film thickness of the second silicon oxide film on the polysilicon side. According to Patent Document 4, according to such a semiconductor device, in a semiconductor device having a trench gate structure in which boron-doped polysilicon is embedded in a trench, the withstand voltage of the insulating film formed on the side wall of the trench is lowered. It is said that it can suppress.
ところで、トレンチ内にノンドープのポリシリコンが充填された溝分離構造を備えた半導体集積回路においては、製造工程における熱酸化の影響で、半導体基板の不純物濃度がトレンチ周囲において低下する場合がある。このトレンチ周囲における半導体基板の不純物濃度の低下によって隣接する分離対象である素子の不純物濃度が影響を受け、素子の特性が変動する場合があった。 By the way, in a semiconductor integrated circuit having a groove separation structure in which non-doped polysilicon is filled in a trench, the impurity concentration of the semiconductor substrate may decrease around the trench due to the influence of thermal oxidation in the manufacturing process. The decrease in the impurity concentration of the semiconductor substrate around the trench affects the impurity concentration of the adjacent element to be separated, and the characteristics of the element may fluctuate.
図4を参照して、上記問題についてより具体的に説明する。図4は比較例に係る半導体集積回路50を示している。半導体集積回路50はトレンチ分離構造を有するダイオードの例であり、図4(a)が断面図を、図4(b)が平面図を各々示している。図4に示すように、半導体集積回路50は、p型半導体基板11、n+不純物領域14、p+不純物領域15、トレンチ部60を備えている。トレンチ部60は、トレンチの内面に形成された酸化膜12、酸化膜12を介してトレンチ内に充填されたノンドープポリシリコン51を含んでいる。p型半導体基板11としては、例えばp型不純物を添加したシリコン(Si)基板を用いる。なお、p+は相対的に高濃度のp型不純物領域を、n+は相対的に高濃度のn型不純物領域を、各々意味している。
The above problem will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 4 shows a semiconductor integrated
図4に示す半導体集積回路50では、半導体集積回路50の製造工程において、p型半導体基板11中のp型不純物が酸化膜12に吸収される場合がある。すなわち、製造工程において、トレンチ形成後に酸化膜12を成膜するための熱酸化処理を行うと、トレンチの側壁および底部に沿った部分のp型半導体基板11の不純物濃度が低下した領域が形成される場合がある。当該不純物濃度が低下した領域は周囲をp型不純物で囲まれ、等価的にn型領域として振る舞う。その意味において、以下では、当該不純物濃度の低下した領域を「反転層52」という。
In the semiconductor integrated
上記のような反転層52が形成されると、反転層52がn型不純物領域のように振る舞うため、n+不純物領域14と反転層52との間、p+不純物領域15と反転層52との間がチャネルのように作用し、半導体集積回路50にバイアス電圧を印加した場合に、図4(a)に示すように電流経路IRが形成される場合がある。この電流経路IRを平面図で見ると、図4(b)に示すように各不純物領域を経由して繋がっている。電流経路IRが形成されると、耐圧の低下等の半導体集積回路50の特性変動を招く恐れがあるので、電流経路IRの発生は極力抑制する必要がある。
When the inverted
この点、上記特許文献1から特許文献4の各特許文献においては、トレンチ内に不純物が添加された物質を充填する構成が開示されているが、いずれも不純物がトレンチ外部に拡散することは想定しておらず、上記のような現象の解決を図ろうとするものではない。 In this regard, although each of the patent documents 1 to 4 discloses a structure in which a substance to which an impurity is added is filled in the trench, it is assumed that the impurity diffuses to the outside of the trench. It does not try to solve the above phenomenon.
本発明は、上記事実を考慮し、トレンチ分離構造を有する半導体集積回路において、当該半導体集積回路の特性変動を抑制することを目的とする。 In consideration of the above facts, an object of the present invention is to suppress fluctuations in the characteristics of a semiconductor integrated circuit having a trench-separated structure.
本発明の第1実施態様に係る半導体集積回路では、予め定められた極性の第1の不純物領域を含む半導体基板上に形成された素子領域と、素子領域を絶縁分離する溝部であって、溝部の内壁に沿って形成された絶縁膜、および絶縁膜上に形成されるとともに予め定められた極性の不純物が添加されかつ溝部を充填する導電体を備えた溝部と、溝部の周囲の第1の不純物領域中に形成された予め定められた極性の不純物を含む第2の不純物領域と、を含んでいる。 In the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention, the element region formed on the semiconductor substrate including the first impurity region having a predetermined polarity and the groove portion that insulates and separates the element region. An insulating film formed along the inner wall of the semiconductor, a groove having a conductor formed on the insulating film and to which an impurity having a predetermined polarity is added and filling the groove, and a first around the groove. It includes a second impurity region containing an impurity having a predetermined polarity formed in the impurity region.
第1実施態様に係る半導体集積回路によれば、第2の不純物領域が、溝部の形成において溝部の周囲に発生した第1の不純物領域の不純物濃度の低下を補填し、反転層の形成を抑制する。このため、半導体集積回路の特性の変動が抑制される。 According to the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment, the second impurity region compensates for the decrease in the impurity concentration of the first impurity region generated around the groove in the formation of the groove, and suppresses the formation of the inverted layer. do. Therefore, fluctuations in the characteristics of the semiconductor integrated circuit are suppressed.
本発明の第2実施態様に係る半導体集積回路では、第1の不純物領域が半導体基板に予め定められた極性の不純物が添加された領域であり、素子領域がp型不純物領域およびn型不純物領域を含み、溝部はp型不純物領域およびn型不純物領域を囲んで形成され、ダイオードとして機能する。 In the semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention, the first impurity region is a region to which an impurity having a predetermined polarity is added to the semiconductor substrate, and the element region is a p-type impurity region and an n-type impurity region. The groove is formed by surrounding the p-type impurity region and the n-type impurity region, and functions as a diode.
第2の実施態様に係る半導体集積回路によれば、p型不純物領域およびn型不純物領域がダイオードを構成し、溝部がダイオードを囲んで形成されている。そして、第2の不純物領域が、溝部の形成において溝部の周囲に発生した第1の不純物領域の不純物濃度の低下を補填し、反転層の形成を抑制する。このため、ダイオードにおける耐圧の低下等の特性の変動が抑制される。 According to the semiconductor integrated circuit according to the second embodiment, the p-type impurity region and the n-type impurity region form a diode, and a groove portion surrounds the diode. Then, the second impurity region compensates for the decrease in the impurity concentration of the first impurity region generated around the groove portion in the formation of the groove portion, and suppresses the formation of the inverted layer. Therefore, fluctuations in characteristics such as a decrease in withstand voltage of the diode are suppressed.
本発明の第3実施態様に係る半導体集積回路では、第1の不純物領域が半導体基板上に形成された予め定められた極性のエピタキシャル層であり、素子領域がソースに相当する2つのソース不純物領域であり、溝部は2つのソース不純物領域の間に配置されるとともにゲートに相当し、半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極をさらに含み、縦型トレンチゲートトランジスタとして機能する。 In the semiconductor integrated circuit according to the third embodiment of the present invention, the first impurity region is an epitaxial layer having a predetermined polarity formed on the semiconductor substrate, and the element region corresponds to two source impurity regions. The groove is arranged between the two source impurity regions and corresponds to a gate, further includes a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate, and functions as a vertical trench gate transistor.
第3実施態様に係る半導体集積回路によれば、ソース不純物領域、溝部、およびドレイン電極が縦型トレンチゲートトランジスタを構成し、溝部が2つのソース不純物領域の間に配置されている。そして、第2の不純物領域が、溝部の形成において溝部の周囲に発生したエピタキシャル層の不純物濃度の低下を補填し、反転層の形成を抑制する。このため、縦型トレンチゲートトランジスタにおける閾値電圧の変動等の特性の変動が抑制される。 According to the semiconductor integrated circuit according to the third embodiment, the source impurity region, the groove portion, and the drain electrode form a vertical trench gate transistor, and the groove portion is arranged between the two source impurity regions. Then, the second impurity region compensates for the decrease in the impurity concentration of the epitaxial layer generated around the groove in the formation of the groove, and suppresses the formation of the inversion layer. Therefore, fluctuations in characteristics such as fluctuations in the threshold voltage in the vertical trench gate transistor are suppressed.
本発明の第4実施態様に係る半導体集積回路では、第1の不純物領域が半導体基板に予め定められた極性の不純物が添加された領域であり、素子領域が少なくとも2つのトランジスタが形成された領域であり、溝部は2つのトランジスタの間に配置され2つのトランジスタを分離する機能を有する。 In the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention, the first impurity region is a region to which an impurity having a predetermined polarity is added to the semiconductor substrate, and the element region is a region in which at least two transistors are formed. The groove is arranged between the two transistors and has a function of separating the two transistors.
第4の実施態様に係る半導体集積回路によれば、2つの独立したトランジスタを含み、2つのトランジスタの間に配置された溝部が2つのトランジスタを分離する機能を有する。そして、第2の不純物領域が、溝部の形成において溝部の周囲に発生した第1の不純物領域の不純物濃度の低下を補填し、反転層の形成を抑制する。このため、半導体集積回路におけるトランジスタ同士の導通に起因する特性変動が抑制される。 According to the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment, the semiconductor integrated circuit includes two independent transistors, and a groove arranged between the two transistors has a function of separating the two transistors. Then, the second impurity region compensates for the decrease in the impurity concentration of the first impurity region generated around the groove portion in the formation of the groove portion, and suppresses the formation of the inverted layer. Therefore, the characteristic fluctuation caused by the conduction between the transistors in the semiconductor integrated circuit is suppressed.
本発明の第5実施態様に係る半導体集積回路では、導電体が前記予め定められた極性の不純物が添加されたポリシリコンである。 In the semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment of the present invention, the conductor is polysilicon to which an impurity having the predetermined polarity is added.
第5実施態様に係る半導体集積回路によれば、導電体が予め定められた極性の不純物が添加されたポリシリコンで形成されているので、溝部に電圧を印加する場合に好適である。 According to the semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment, since the conductor is formed of polysilicon to which an impurity having a predetermined polarity is added, it is suitable for applying a voltage to the groove portion.
本発明によれば、トレンチ分離構造を有する半導体集積回路において、当該半導体集積回路の特性変動を抑制することができる、という優れた効果を奏する。 According to the present invention, in a semiconductor integrated circuit having a trench separation structure, it is possible to suppress fluctuations in the characteristics of the semiconductor integrated circuit, which is an excellent effect.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路について説明する。
なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。
Hereinafter, the semiconductor integrated circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In each drawing, the same or equivalent components and parts are given the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate.
[第1の実施の形態]
図1を参照して、本実施の形態に係る半導体集積回路10について説明する。半導体集積回路10は、本発明に係る半導体集積回路をダイオードに適用した形態である。図1に示すように、半導体集積回路10は、「第1の不純物領域」としてのp型不純物が添加されたp型半導体基板11、「n型不純物領域」としてのn+不純物領域14、「p型不純物領域」としてのp+不純物領域15、「溝部」としてのトレンチ部20を備えている。
n+不純物領域がカソード領域を構成し、p+不純物領域がアノード領域を構成している。トレンチ部20は、トレンチの内面(側壁部、底部)に形成された「絶縁膜」としての酸化膜12、酸化膜12を介してトレンチに充填されたボロンドープポリシリコン13を含んでいる。p型半導体基板11としては、例えばp型不純物が添加されたシリコン基板を用いる。なお、「n+不純物領域」および「p+不純物領域」が本発明に係る「素子領域」の一例であり、「ボロンドープポリシリコン」が本発明に係る「導電体」の一例である。
[First Embodiment]
The semiconductor integrated
The n + impurity region constitutes the cathode region, and the p + impurity region constitutes the anode region. The
上述したように、トレンチにノンドープのポリシリコンが充填された溝分離構造の半導体集積回路においては、製造工程における熱酸化の影響で、半導体基板の不純物濃度がトレンチ周囲において低下する場合がある。このトレンチ周囲における半導体基板の不純物濃度の低下によって隣接する分離対象である素子の不純物濃度が影響を受け、あるいは分離対象である素子の不純物濃度との相互作用が発生し、半導体集積回路の特性が変動する場合があった。 As described above, in a semiconductor integrated circuit having a groove separation structure in which a trench is filled with non-doped polysilicon, the impurity concentration of the semiconductor substrate may decrease around the trench due to the influence of thermal oxidation in the manufacturing process. The decrease in the impurity concentration of the semiconductor substrate around this trench affects the impurity concentration of the adjacent element to be separated, or causes an interaction with the impurity concentration of the element to be separated, and the characteristics of the semiconductor integrated circuit are improved. It may fluctuate.
そこで本実施の形態では、トレンチの充填材料を、p型半導体基板11と同じ極性の不純物が添加されたポリシリコンとした。すなわち、半導体集積回路10では、トレンチ部20の内部の充填材料を、ボロンドープポリシリコン13としている。p型半導体基板11はp型の不純物(例えば、ボロン)を含んでいるので、トレンチ部20の充填材料をp型不純物であるボロンがドープされたポリシリコンとしている。ポリシリコンに添加するp型不純物はp型半導体基板11と同じ不純物であってもよいし、異なる不純物であってもよい。また、添加するボロンの量は少量でよいが、実験、あるいはシミュレーションにより反転層52の形成を抑制することができるボロンの量を予め決めておいてもよい。
Therefore, in the present embodiment, the trench filling material is polysilicon to which an impurity having the same polarity as that of the p-
ボロンドープポリシリコン13が充填されたトレンチの形成後に熱処理を行うと、酸化膜12を介してボロンがトレンチ部20の周辺部(側壁部、底部)の近傍のp型半導体基板11に拡散する。すなわち、半導体集積回路10は、トレンチ部20の周囲に沿って形成された「第2の不純物領域」としてのボロンの不純物領域(図示省略)を備えている。
当該不純物領域は、上述したチャネルの形成を抑制する作用を有している。このことにより、p型半導体基板11の不純物濃度の低下が抑制される、すなわち反転層52の形成が抑制されるので、半導体集積回路10(すなわち、ダイオード)の特性変動、例えば耐圧の低下等が抑制される。
When heat treatment is performed after the formation of the trench filled with boron-doped
The impurity region has an effect of suppressing the formation of the above-mentioned channel. As a result, the decrease in the impurity concentration of the p-
半導体集積回路10におけるトレンチ部20は、一例として以下の製造工程を経て製造される。
(工程1):p型半導体基板11に、例えばエッチング等によってトレンチ(開孔)を形成する。
(工程2):熱酸化処理を行って、トレンチの側壁部、底部を含む内壁に、酸化膜12(例えば、シリコン酸化膜(SiO2))を形成する。
(工程3):p型半導体基板11の表面にボロンドープポリシリコンを成膜する。この際、酸化膜12を介してトレンチの内部にボロンドープポリシリコンが埋設される。
(工程4):ボロンドープポリシリコンをCMP(Chemical Mechanical Polishing)等によって研削し、平坦化する。以上の工程によって、ボロンドープポリシリコン13を内部に含むトレンチ部20が形成される。
The
(Step 1): A trench (opening) is formed in the p-
(Step 2): Thermal oxidation treatment is performed to form an oxide film 12 (for example, silicon oxide film (SiO 2 )) on the inner wall including the side wall portion and the bottom portion of the trench.
(Step 3): Boron-doped polysilicon is formed on the surface of the p-
(Step 4): Boron-doped polysilicon is ground and flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. By the above steps, the
(工程4)の後、例えばアノード領域(p+不純物領域15)、カソード領域(n+不純物領域14)形成等のための熱処理が行われると、トレンチ部20内のボロンがp型半導体基板11中に拡散する。従って、工程2において、上述した作用によってトレンチ周辺部のp型半導体基板11の不純物濃度が低下したとしても、(工程4)以降の熱処理によってボロンドープポリシリコン13中のボロンがトレンチ部20の周囲に向かって拡散し、この不純物濃度の低下を補填するので、反転層52の形成が抑制される。
After (step 4), when heat treatment for forming, for example, an anode region (p + impurity region 15) and a cathode region (n + impurity region 14) is performed, boron in the
以上詳述したように、本実施の形態に係る半導体集積回路10によれば、トレンチ分離構造を有する半導体集積回路において、当該半導体集積回路の特性変動を抑制することが可能となる。
As described in detail above, according to the semiconductor integrated
[第2の実施の形態]
図2(a)を参照して、本実施の形態に係る半導体集積回路70について説明する。半導体集積回路70は、本発明を縦型トレンチゲートMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ(以下、「トレンチMOS」という場合がある)に適用した形態である。半導体集積回路70は、n型半導体基板54、「素子領域」としてのn+不純物領域53、「第1の不純物領域」としてのp型エピ(エピタキシャル)層55、「ドレイン電極」としての電極56、および「溝部」としてのトレンチ部60Aを含んでいる。トレンチ部60Aは、トレンチの内壁(側壁部および底部)に形成された「絶縁膜」としての酸化膜12を介してトレンチ内に充填されたボロンドープポリシリコン61を備えている。半導体集積回路70では、n+不純物領域53がソースの機能、電極56がドレイン電極の機能、酸化膜12がゲート酸化膜の機能、ボロンドープポリシリコン61がゲート電極の機能を各々有する。トレンチ部60A内のポリシリコンに添加するp型不純物がボロンに限られないことは、上述したとおりである。
[Second Embodiment]
The semiconductor integrated
上記のような構成を備えたトレンチMOSにおいても、上記実施の形態で説明した反転層52の形成が発生し得る。図2(b)を参照して、トレンチMOSにおける反転層52の形成について説明する。図2(b)は、ボロンドープポリシリコン61の代わりにノンドープポリシリコン62を備えた半導体集積回路71を示している。半導体集積回路71では、半導体集積回路71の製造工程において、p型エピ層55中のp型不純物が酸化膜12に吸収される場合がある。すなわち、製造工程において、トレンチ形成後に酸化膜12を成膜するための熱酸化処理を行うと、トレンチの周辺部に沿った部分のp型エピ層55の不純物濃度が低下した領域、すなわち反転層52が形成される場合がある。反転層52が形成されると、電流経路IRが形成され、閾値電圧(Vth)変動等の特性変動が発生する恐れがある。
Even in the trench MOS having the above configuration, the formation of the
これに対し、半導体集積回路70のトレンチ部60Aも上述した(工程1)から(工程4)と同様の工程によって製造される。すなわち、ボロンドープポリシリコン61中のボロンが酸化膜12を介してp型エピ層55に拡散されて、反転層52に対応する領域に「第2の不純物領域」としてのボロンの不純物領域(図示省略)を形成するので、上述した理由と同様の理由で反転層52が形成されにくくなり、半導体集積回路70の特性変動が抑制される。
On the other hand, the
[第3の実施の形態]
図3(a)を参照して、本実施の形態に係る半導体集積回路80について説明する。半導体集積回路80は、本発明を素子間分離に適用した形態である。半導体集積回路80は「第1の不純物領域」としてのp型不純物が添加されたp型半導体基板11、「素子領域」としてのMOSトランジスタ65A、65B、および「溝部」としてのトレンチ部60Bを含んでいる。MOSトランジスタ65A、65Bの各々は、n+不純物領域57、ゲート酸化膜59、およびゲート電極58を備えている。n+不純物領域57は、ソース、ドレイン領域である。トレンチ部60Bは、トレンチの内壁(側壁部および底部)に形成された「絶縁膜」としての酸化膜12を介してトレンチ内に充填されたボロンドープポリシリコン63を備えている。半導体集積回路80では、トレンチ部60BがMOSトランジスタ65AとMOSトランジスタ65Bとを絶縁分離する機能を有している。トレンチ部60B内のポリシリコンに添加するp型不純物がボロンに限られないことは、上述したとおりである。なお、MOSトランジスタ65A、65Bは例示であって、トレンチ部60Bによる絶縁分離の対象であれば、バイポーラトランジスタ等他の回路素子であってもよい。
[Third Embodiment]
The semiconductor integrated
上記のような構成を備えた素子間分離構造においても、上記実施の形態で説明した反転層52の形成が発生し得る。図3(b)を参照して、素子間分離構造における反転層の形成について説明する。図3(b)は、ボロンドープポリシリコン63の代わりにノンドープポリシリコン64を備えた半導体集積回路81を示している。半導体集積回路81では、半導体集積回路81の製造工程において、p型半導体基板11中のp型不純物が酸化膜12に吸収される場合がある。すなわち、製造工程において、トレンチ形成後に酸化膜12を成膜するための熱酸化処理を行うと、トレンチの周辺部に沿った部分のp型半導体基板11の不純物濃度が低下した領域、すなわち反転層52が形成される場合がある。反転層52が形成されると、電流経路IRが形成され、MOSトランジスタ65AとMOSトランジスタ65Bとが導通してしまう可能性がある。MOSトランジスタ65AとMOSトランジスタ65Bとが導通すると、双方のMOSトランジスタの特性変動を引き起こす。
Even in the inter-element separation structure having the above configuration, the formation of the
これに対し、半導体集積回路80のトレンチ部60Bも上述した(工程1)から(工程4)と同様の工程によって製造される。すなわち、ボロンドープポリシリコン63中のボロンが酸化膜12を介してp型半導体基板11に拡散され、反転層52に対応する領域に「第2の不純物領域」としてのボロンの不純物領域(図示省略)を形成するので、上述した理由と同様の理由で反転層52が形成されにくくなり、半導体集積回路80におけるトランジスタ同士の導通に起因する特性変動が抑制される。
On the other hand, the
なお、上記各実施の形態では、トレンチ部に充填する材料としてポリシリコンを用いる形態を例示して説明したが、これに限られず、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)等を用いて形成した、例えばシリコン酸化膜等の酸化膜であってもよい。 In each of the above embodiments, a form in which polysilicon is used as a material to be filled in the trench portion has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and for example, silicon formed by using CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like is used. It may be an oxide film such as an oxide film.
また、上記各実施の形態では、本発明をダイオード、トレンチMOS、素子間分離に適用した形態を例示して説明したが、これに限られず、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の様々な他の半導体集積回路に適用することができる。また、様々な半導体集積回路に適用可能なことに対応して、本発明は、様々な深さのトレンチに適用することができる。本発明は、特にトレンチMOS等の比較的深いトレンチを用いる半導体集積回路に好適に用いることができる。 Further, in each of the above embodiments, the embodiment in which the present invention is applied to a diode, a trench MOS, and separation between elements has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and various other embodiments such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) are used. It can be applied to semiconductor integrated circuits. The present invention can also be applied to trenches of various depths, corresponding to its applicability to various semiconductor integrated circuits. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be particularly suitably used for a semiconductor integrated circuit using a relatively deep trench such as a trench MOS.
また、上記各実施の形態で例示した不純物の極性(p型、n型)は例示であり、入れ替えることが可能である。その場合は、上記記載において「p型」を「n型」、「n型」を「p型」と読み替えればよい。 Further, the polarities (p-type, n-type) of the impurities exemplified in each of the above embodiments are examples and can be replaced. In that case, "p-type" may be read as "n-type" and "n-type" may be read as "p-type" in the above description.
10、50、70、71、80,81・・・半導体集積回路、11・・・p型半導体基板、12・・・酸化膜、13・・・ボロンドープポリシリコン、14・・・n+不純物領域、15・・・p+不純物領域、20・・・トレンチ部、51・・・ノンドープポリシリコン、52・・・反転層、53・・・n+不純物領域、54・・・n型半導体基板、55・・・p型エピ層、56・・・電極、57・・・n+不純物領域、58・・・ゲート電極、59・・・ゲート酸化膜、60、60A、60B・・・トレンチ部、61・・・ボロンドープポリシリコン、62・・・ノンドープポリシリコン、63・・・ボロンドープポリシリコン、64・・・ノンドープポリシリコン、65A、65B・・・MOSトランジスタ、IR・・・電流経路 10, 50, 70, 71, 80, 81 ... semiconductor integrated circuit, 11 ... p-type semiconductor substrate, 12 ... oxide film, 13 ... boron-doped polysilicon, 14 ... n + impurity region , 15 ... p + impurity region, 20 ... trench, 51 ... non-doped polysilicon, 52 ... inverted layer, 53 ... n + impurity region, 54 ... n-type semiconductor substrate, 55. .. p-type epi layer, 56 ... electrode, 57 ... n + impurity region, 58 ... gate electrode, 59 ... gate oxide film, 60, 60A, 60B ... trench part, 61 ... -Boron-doped polysilicon, 62 ... non-doped polysilicon, 63 ... boron-doped polysilicon, 64 ... non-doped polysilicon, 65A, 65B ... MOS transistor, IR ... current path
Claims (5)
前記溝部の周囲の前記第1の不純物領域中に形成された前記予め定められた極性の不純物を含む第2の不純物領域と、
を含む半導体集積回路。 An element region formed on a semiconductor substrate including a first impurity region having a predetermined polarity, a groove portion for insulatingly separating the element region, an insulating film formed along the inner wall of the groove portion, and an insulating film. A groove portion formed on the insulating film and provided with a conductor to which an impurity having a predetermined polarity is added and which fills the groove portion, and a groove portion.
A second impurity region containing impurities having a predetermined polarity formed in the first impurity region around the groove portion, and a second impurity region.
Semiconductor integrated circuits including.
前記素子領域がp型不純物領域およびn型不純物領域を含み、
前記溝部は前記p型不純物領域およびn型不純物領域を囲んで形成され、
ダイオードとして機能する
請求項1に記載の半導体集積回路。 The first impurity region is a region to which impurities having the predetermined polarity are added to the semiconductor substrate.
The device region includes a p-type impurity region and an n-type impurity region.
The groove is formed by surrounding the p-type impurity region and the n-type impurity region.
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, which functions as a diode.
前記素子領域がソースに相当する2つのソース不純物領域であり、
前記溝部は前記2つのソース不純物領域の間に配置されるとともにゲートに相当し、
前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極をさらに含み、
縦型トレンチゲートトランジスタとして機能する
請求項1に記載の半導体集積回路。 The first impurity region is an epitaxial layer having a predetermined polarity formed on the semiconductor substrate.
The element region is two source impurity regions corresponding to the source.
The groove is arranged between the two source impurity regions and corresponds to a gate.
Further including a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, which functions as a vertical trench gate transistor.
前記素子領域が少なくとも2つのトランジスタが形成された領域であり、
前記溝部は前記2つのトランジスタの間に配置され前記2つのトランジスタを分離する機能を有する
請求項1に記載の半導体集積回路。 The first impurity region is a region to which impurities having the predetermined polarity are added to the semiconductor substrate.
The element region is a region in which at least two transistors are formed.
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the groove portion is arranged between the two transistors and has a function of separating the two transistors.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductor is polysilicon to which an impurity having a predetermined polarity is added.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020167336A JP2022059519A (en) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | Semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2020167336A JP2022059519A (en) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | Semiconductor integrated circuit |
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Family Applications (1)
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JP2020167336A Pending JP2022059519A (en) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | Semiconductor integrated circuit |
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2020
- 2020-10-01 JP JP2020167336A patent/JP2022059519A/en active Pending
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