JP4540895B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された素子間の絶縁分離をトレンチ分離技術を用いて行うようにした半導体装置、特には、基板上に比較的大きい容量のコンデンサを形成するのに適した半導体装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、半導体集積回路上に比較的大きい容量のコンデンサを形成する場合には、半導体基板上に下部電極膜、誘電体薄膜、上部電極膜を積層したMIM(Metal Insulator Metal )構造とすることが行われているが、この構造では、コンデンサの占有面積が相対的に拡大してチップ面積が大きくなる問題点があり、また、大容量化のためには、誘電体薄膜の膜厚を小さく設定することになるが、このように設定するのに伴い電極間距離が小さくなるため、コンデンサの耐圧を高くすることが困難になるという問題点もあった。
【0003】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、チップサイズの大形化を伴うことなくコンデンサのための電極面積を大きくすることが可能になって、容量の大形化及び高耐圧化を実現したコンデンサを形成できるようになる半導体装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1記載の手段を採用できる。この手段のように、絶縁分離トレンチの側壁絶縁膜を誘電体薄膜として利用したコンデンサを形成する場合、その絶縁分離トレンチは、素子の絶縁分離のために元々設けられているものであるから、半導体装置のチップサイズが拡大する恐れがなくなる。また、絶縁分離トレンチは、複数の素子形成領域を包囲した形態で一体として形成されるものであって、その総延長が比較的長いから、コンデンサの有効電極面積を大きく設定することが可能となり、コンデンサ容量を大きくする上で有利になる。しかも、このようにコンデンサ容量を有効電極面積の拡大で確保できる結果、誘電体薄膜として機能する側壁絶縁膜の膜厚を小さくしてコンデンサ容量を稼ぐ必要がなくなり、容量の大形化と同時に高耐圧化を実現したコンデンサを形成可能となる。
【0005】
また、コンデンサの第1の電極部は、絶縁分離トレンチ内に側壁絶縁膜を介して導電性材料(例えば不純物を導入したポリシリコン)を充填して形成され、コンデンサの第2の電極部は、半導体層に複数の素子形成領域を設ける際に当該半導体層に残った状態で形成される半導体領域、つまり半導体装置内でのデッドスペース(半導体装置用に必要ではあるが素子としての機能がないスペース)に不純物を導入して形成される。従って、各電極部のために新たなスペースを用意する必要がなく、半導体装置のチップサイズが拡大しない。また、第1の電極部は、元々必要な絶縁分離トレンチの形成時に同時に形成可能であり、第2の電極部は、素子形成領域内の半導体素子のための製造プロセスを利用して当該半導体素子と同時に形成可能であるから、製造コストの抑制を図る上で有益となる。
【0006】
請求項記載の手段によれば、コンデンサと共に形成されたダイオードを、例えば素子形成領域内の半導体素子の保護用として利用できるようになり、その付加価値を高め得る。また、このダイオードは、半導体層に複数の素子形成領域を設ける際に当該半導体層に残った状態で形成される半導体領域(半導体装置内でのデッドスペース)一部に、カソードが第2の電極部と接続され、アノードがカソードと異なる導電型不純物領域により形成されるとともにグランド端子に接続さることによりに形成されるから、チップサイズの拡大を招くことがない。
【0007】
請求項記載の手段によれば、コンデンサの誘電体薄膜を構成する側壁絶縁膜として半導体酸化膜が用いられるから、その誘電体薄膜の形成を容易に行い得ると共に、安定した誘電体特性が得られるようになる。
【0008】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明をBiCMOSプロセス技術により形成したICチップに適用した第1実施例について図1ないし図6を参照しながら説明する。
図5には、ICチップ1(本発明でいう半導体装置に相当)の平面レイアウトが示されている。この図において、ICチップ1は、シリコン基板上に絶縁分離層を介して単結晶シリコン層を形成したSOI(Silicon On Insulator)基板2を利用して製造されるもので、その単結晶シリコン層上に、CMOS用素子形成領域3、LDMOS(Lateral Double-diffusion MOS)用素子形成領域4、バイポーラトランジスタ用素子形成領域5を、互いの間に当該単結晶シリコン層による半導体領域2Aが各素子形成領域3、4、5を縫うような形態で残るように所定個数ずつ形成すると共に、各素子形成領域3、4、5間をそれぞれ独立して囲んだ状態の絶縁分離トレンチ6群を形成した構成となっている。尚、各絶縁分離トレンチ6は、SOI基板2の絶縁分離層まで到達するように形成される。また、半導体領域2Aは、前記単結晶シリコン層の外周部位に前記複数の素子形成領域3〜5の全体を包囲した形態の矩形枠状部(符号なし)を一体的に備えた形状とされ、この矩形枠状部の外周にも、SOI基板2の絶縁分離層まで達する枠状の絶縁分離トレンチ6が形成されるものである。
【0009】
図1には、図中のX−X線に沿った部分の断面構造が模式的に示され、図2ないし図4には、その製造工程が模式的な断面図により示されており、まず、製造工程について説明する。尚、図1ないし図4の寸法比は正確ではない。
図2において、主表面が鏡面研磨されたN型単結晶シリコン基板7を用意し、その主表面に気相拡散法を用いてアンチモンを約3μm程度の深さまで拡散してN+層8を形成する。このN型単結晶シリコン基板7とは別に、主表面が鏡面研磨されたP型単結晶シリコン基板9(支持基板に相当)を用意し、その主表面を熱酸化することにより厚さ約1μm程度のシリコン酸化膜10を形成する。次いで、シリコン基板7及び9の各主表面側を清浄雰囲気内で貼り合わせ、1100℃程度に加熱して接合する。この後に、N型単結晶シリコン基板7を例えば図中二点鎖線で示す状態まで研磨することにより、約17μmの膜厚とする。これにより、支持基板となるP型単結晶シリコン基板9上に絶縁分離層としてのシリコン酸化膜10を介して単結晶シリコン層11(半導体層に相当)を形成した状態のSOI基板2が製造される。尚、単結晶シリコン層11は、約3μmの膜厚のN+層8上に約14μmの膜厚のN−層11aを積層した形態となる。
【0010】
そして、このようなSOI基板2に対し周知のトレンチ形成技術を使用して絶縁分離トレンチ6により区分された素子形成領域を形成する。尚、図1、図3及び図4には、2箇所のバイポーラトランジスタ用素子形成領域5及び半導体領域2Aの一部が現れている。絶縁分離トレンチ6を形成する場合には、具体的には図示しないが、以下のような各工程を行う。但し、以下の工程例は一般的な手順を示したものであり、他の手順を採用しても良いことは勿論である。
【0011】
(a)マスク形成工程
単結晶シリコン層11上に、下地の役目を果たすシリコン酸化膜を成膜すると共に、この上にシリコン窒化膜を成膜し、さらにその上にエッチングマスクとして機能するシリコン酸化膜を成膜し、この三層構造膜をフォトエッチング技術を利用してパターニングすることにより、トレンチ6に対応した位置に開口部を形成し、以て層構造のトレンチエッチングマスクを形成する。この場合、上記シリコン窒化膜は、最上層のシリコン酸化膜(エッチングマスク)を除去する際のストッパの役目を果たすものである。
【0012】
(b)トレンチエッチング工程
単結晶シリコン層11に対しトレンチエッチングマスクを使用した異方性ドライエッチングを行うことにより、当該トレンチエッチングマスクの開口部に対応した位置にシリコン酸化膜10まで達するトレンチを形成する。
【0013】
(c)側壁酸化工程
トレンチの側壁を熱酸化することにより側壁酸化膜を形成する。尚、仮に、トレンチの底部がシリコン酸化膜10まで到達していないという加工不良があった場合、その底部に残存した単結晶シリコン層11は、この側壁酸化工程において表面側から熱酸化される。
【0014】
(d)トレンチ埋め戻し工程
トレンチエッチングマスク上(シリコン酸化膜上)の全面に、例えばCVD法によりポリシリコンを堆積することにより、トレンチを埋め戻した状態のポリシリコン膜を成膜する。尚、この成膜時には、ポリシリコン膜にN型の不純物(例えばリン、ひ素)が導入されるものであり、当該ポリシリコン膜が本発明でいう導電性材料として機能するようになる。
【0015】
(e)平坦化工程
トレンチエッチングマスクの最上層のシリコン酸化膜をストッパとしたドライエッチング処理または化学的機械研磨処理を行うことにより、ポリシリコン膜をシリコン酸化膜の面までエッチバックする。
【0016】
(f)マスク除去工程
トレンチエッチングマスクの最上層のシリコン酸化膜を、その下層のシリコン窒化膜をストッパとしたウエットエッチングにより除去する。
【0017】
(g)ポリシリコン膜除去工程
トレンチの上部に突き出した状態で残るポリシリコン膜を、シリコン窒化膜をマスクとしたドライエッチングにより除去する。
【0018】
(h)ポリシリコン膜酸化工程
トレンチの上部に対応したポリシリコン膜に対し熱酸化処理を施すことにより、トレンチの上部をトレンチエッチングマスク最下層のシリコン酸化膜と一体化されたシリコン酸化膜で覆った状態とする。
【0019】
(i)シリコン窒化膜除去工程
シリコン窒化膜を、その下層のシリコン酸化膜とエッチング選択性がある処理液によりウエットエッチングして除去し、これにより図3に示すように、側壁酸化膜6a(側壁絶縁膜に相当)が形成されたトレンチ内に、N型不純物が導入された埋込ポリシリコン6b(導電性材料に相当)を充填した状態の絶縁分離トレンチ6を形成する。尚、単結晶シリコン層11の上面全体(絶縁分離トレンチ6部分も含む)にはシリコン酸化膜12が形成された状態となる。
【0020】
上記のような各工程の実行後には、各素子形成領域3、4、5にそれぞれに対応した半導体素子を作り込む。図4には、バイポーラトランジスタ用素子形成領域5に対し、周知のフォトリソグラフィ工程、イオン注入工程、拡散工程などの実行に応じてNPNトランジスタを作り込んだ例が示されている。このNPNトランジスタは、ベース領域となるP+拡散層13、エミッタ領域となるN+拡散層14、N−層11aと共にコレクタ領域を構成するN+拡散層15を備えた構造となっている。この場合、N+拡散層15を形成する工程では、隣接する素子形成領域間(図4の例ではバイポーラトランジスタ用素子形成領域5間)に位置した半導体領域2AのN−層11aにも同時にN型不純物を導入してN+拡散層16を形成している。
【0021】
次いで、図1に示すように、シリコン酸化膜12にコンタクトホールを形成すると共に、そのコンタクトホールを通じて、P拡散層13、N拡散層14、15及び16、埋込ポリシリコン6bとそれぞれ電気的に接続された電極パッド17〜21を形成する。尚、実際には、シリコン酸化膜12上に例えばBPSG、BSGなどより成る層間絶縁膜を形成し、それらシリコン酸化膜12及び層間絶縁膜に対しコンタクトホールを形成することが望ましい。
【0022】
これにより、複数箇所に形成された埋込ポリシリコン6bが本発明でいう第1の電極部、N+拡散層16が本発明でいう第2の電極部、側壁酸化膜6aが本発明でいう誘電体薄膜としてそれぞれ機能するコンデンサ(図6に符号Cを付して示す)が形成される。この場合、N+拡散層16の電極パッド20は、ICチップ1上に形成された集積回路(図6に符号22を付して示す)のための電源端子+Vccに接続され、且つ埋込ポリシリコン6b群の複数個の電極パッド21は、その全てがグランド端子に接続されるものであり、従って、図6に示すように、コンデンサC及び集積回路22は電源端子+Vccに対して並列接続された状態となり、以てコンデンサCをノイズ吸収素子として機能させ得るようになる。
【0023】
上記した本実施例によれば、以下のような効果を奏する。即ち、コンデンサCを形成する場合において、その誘電体薄膜として、半導体素子の絶縁分離のために元々設けられている絶縁分離トレンチ6の側壁酸化膜6aを利用し、第1の電極部として当該絶縁分離トレンチ6の埋込ポリシリコン6bを利用し、第2の電極部として隣接する素子形成領域間に位置した単結晶シリコン層11(ICチップ1内でのデッドスペース)を利用する構成となっているから、誘電体薄膜や各電極部のために新たなスペースを用意する必要がなくなる。この結果、ICチップ1のチップサイズが拡大する恐れがなくなる。
【0024】
また、絶縁分離トレンチ6はその延長が比較的長いから、コンデンサCの有効電極面積を大きく設定することが可能となり、その容量を大きくする上で有利になる。しかも、このようにコンデンサCの容量を有効電極面積の拡大で確保できる結果、誘電体薄膜として機能する側壁酸化膜6aの膜厚を小さくして容量を稼ぐ必要がなくなる。このため、容量の大形化と同時に高耐圧化を実現したコンデンサCを形成可能となる。第1の電極部となる埋込ポリシリコン6bは、絶縁分離トレンチ6の形成時に同時に形成可能であり、また、第2の電極部となるN拡散層16は、素子形成領域内の半導体素子(例えばバイポーラトランジスタ)のための製造プロセスを利用して当該半導体素子と同時に形成可能であるから、製造コストの抑制を図る上で有益となる。さらに、コンデンサCの誘電体薄膜を構成する側壁絶縁膜としてシリコンの熱酸化膜より成る側壁酸化膜6aが用いられるから、その誘電体薄膜の形成を容易に行い得ると共に、安定した誘電体特性が得られるようになる。
【0025】
(第2の実施の形態)
図7及び図8には本発明の第2実施例が示されており、以下これについて前記第1実施例と異なる部分のみ説明する。
図7には、製造途中のICチップ1の一部を切り出した部分の模式的な斜視図が示され、図8には第1実施例における図6と同等の回路構成図が示されている。図7において、ICチップ23(半導体装置に相当)は、基本的な素子構成は第1実施例と同様であるが、コンデンサCのための第2の電極部(N+拡散層16)の形成領域、つまり隣接する素子形成領域間(図7の例ではバイポーラトランジスタ用素子形成領域5間)に位置した半導体領域2Aに、ダイオード(図8に符号Dを付して示す)を形成したことに構造上の特徴を有する。具体的には、NPNトランジスタのためのP+拡散層13の形成時に、単結晶シリコン層11のN−層11aにも同時にP型不純物を部分的に導入してP+拡散層24を形成しており、これにより、N+拡散層16及びN+層8とP+拡散層24との間で、カソードが第2の電極部(N+拡散層16)に接続された状態のダイオードD(図8参照)が構成される。この場合、N+拡散層16は電源端子+Vccに接続され、P+拡散層24はグランド端子に接続されるものであり、従って、ダイオードDは、図8に示すように、カソードが電源端子+Vccに接続され、且つアノードがグランド端子に接続された状態となる。
【0026】
この実施例によれば、コンデンサCと共に形成されたダイオードDを、例えば集積回路22の保護用として利用できるようになり、その付加価値を高め得る。また、このダイオードDは、隣接する素子形成領域間に位置した半導体領域2A(半導体装置内でのデッドスペース)に形成されるから、チップサイズの拡大を招くことがなくなる。
【0027】
(その他の実施の形態)
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
単結晶シリコン基板9を支持基板としたSOI基板2を利用する例で説明したが、支持基板の材料としては、単結晶シリコン基板に限らず、他の半導体基板或いは絶縁性を有する半導体基板やセラミック基板(例えばアルミナ基板)或いはガラス基板などを用いることができる。具体的には、例えば、図1と同一部分に同一符号を付して示す図9のように、比抵抗が大きなシリコン基板25(支持基板)上に単結晶シリコン層11を直接的に形成した半導体基板26を用いる構成とすることが考えられる。特に、このように絶縁性を有する支持基板を用いる場合には絶縁分離層(上記した第1及び第2の各実施例の場合、シリコン酸化膜10)が不要になる(SOS(Silicon On Sapphire )基板を用いる場合なども該当する)。また、貼り合わせ法により形成したSOI基板2を用いる構成としたが、絶縁膜埋込法(例えばSIMOX)など、他の手法により形成したSOI基板を用いても良いことは勿論である。
【0028】
本発明でいうダイオードはツェナーダイオードを含む概念であり、特にツェナーダイオードを形成する場合には、複数個のツェナーダイオードを形成して直列接続する構成とすれば、その耐圧を高めることができる。
BiCMOSプロセス技術により形成したICチップに限らず、絶縁分離トレンチを備えた半導体装置全般に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す要部の模式的な縦断面図
【図2】製造途中の状態を示す模式的な縦断面図その1
【図3】製造途中の状態を示す模式的な縦断面図その2
【図4】製造途中の状態を示す模式的な縦断面図その3
【図5】ICチップの模式的なレイアウト図
【図6】ICチップの概略的回路構成図
【図7】本発明の第2実施例を示すもので、製造途中のICチップの一部を切り出した状態での模式的な斜視図
【図8】図6相当図
【図9】他の実施例を示す図1相当図
【符号の説明】
1はICチップ(半導体装置)、2はSOI基板、2Aは半導体領域、3はCMOS用素子形成領域、4はLDMOS用素子形成領域、5はバイポーラトランジスタ用素子形成領域、6は絶縁分離トレンチ、6aは側壁酸化膜(誘電体薄膜)、6bは埋込ポリシリコン(導電性材料、第1の電極部)、9は単結晶シリコン基板(支持基板)、11は単結晶シリコン層(半導体層)、16はN+拡散層(第2の電極部)、23はICチップ(半導体装置)、25は支持基板、Cはコンデンサ、Dはダイオードを示す。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which insulation isolation between elements formed on a substrate is performed using a trench isolation technique, and in particular, a semiconductor device suitable for forming a capacitor having a relatively large capacity on a substrate. About.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, when a capacitor having a relatively large capacity is formed on a semiconductor integrated circuit, an MIM (Metal Insulator Metal) structure in which a lower electrode film, a dielectric thin film, and an upper electrode film are stacked on a semiconductor substrate is used. However, with this structure, there is a problem that the area occupied by the capacitor is relatively enlarged and the chip area is increased, and in order to increase the capacity, the thickness of the dielectric thin film is set small. However, since the distance between the electrodes becomes smaller as the setting is made in this way, there is a problem that it is difficult to increase the withstand voltage of the capacitor.
[0003]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to increase the electrode area for the capacitor without increasing the chip size, thereby increasing the capacitance. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of forming a capacitor that achieves a shape and a high breakdown voltage.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the means described in claim 1 can be adopted. When a capacitor using the sidewall insulating film of the insulating isolation trench as a dielectric thin film is formed as in this means, the insulating isolation trench is originally provided for the isolation of the element. There is no risk of increasing the chip size of the device. In addition, the insulation isolation trench is integrally formed in a form surrounding a plurality of element formation regions, and since the total extension is relatively long, it is possible to set a large effective electrode area of the capacitor, This is advantageous in increasing the capacitor capacity. In addition, as a result of securing the capacitor capacity by increasing the effective electrode area in this way, it is not necessary to increase the capacitor capacity by reducing the film thickness of the sidewall insulating film functioning as a dielectric thin film. Capacitors that can withstand voltage can be formed.
[0005]
The first electrode portion of the capacitor is formed by filling an insulating isolation trench with a conductive material (for example, polysilicon doped with impurities) through a sidewall insulating film, and the second electrode portion of the capacitor is When a plurality of element formation regions are provided in a semiconductor layer, a semiconductor region formed in a state remaining in the semiconductor layer , that is, a dead space in the semiconductor device (a space that is necessary for a semiconductor device but does not function as an element) ) To introduce impurities. Therefore, it is not necessary to prepare a new space for each electrode portion, and the chip size of the semiconductor device is not increased. In addition, the first electrode portion can be formed at the same time as the formation of the originally required isolation trench, and the second electrode portion can be formed by using a manufacturing process for the semiconductor element in the element formation region. Since it can be formed at the same time, it is useful for reducing the manufacturing cost.
[0006]
According to the measures of claim 2, wherein a diode formed with the capacitor, will be available for, for example, protect the semiconductor element in the element formation region, may enhance the added value. In addition, when a plurality of element formation regions are provided in the semiconductor layer , the diode has a second electrode on the cathode in a part of the semiconductor region (dead space in the semiconductor device) formed in the state remaining in the semiconductor layer. Since the anode is formed of a conductive impurity region different from that of the cathode and connected to the ground terminal , the chip size is not increased.
[0007]
According to the third aspect of the present invention , since the semiconductor oxide film is used as the sidewall insulating film constituting the dielectric thin film of the capacitor, the dielectric thin film can be easily formed and stable dielectric characteristics can be obtained. Be able to.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is applied to an IC chip formed by BiCMOS process technology will be described below with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a planar layout of the IC chip 1 (corresponding to a semiconductor device in the present invention). In FIG. 5 , an IC chip 1 is manufactured using an SOI (Silicon On Insulator) substrate 2 in which a single crystal silicon layer is formed on a silicon substrate via an insulating isolation layer. On top of this, an element formation region 3 for CMOS, an element formation region 4 for LDMOS (Lateral Double-diffusion MOS), and an element formation region 5 for bipolar transistors are formed. A predetermined number of regions 3, 4, and 5 are formed so as to remain sewn, and a group of insulating isolation trenches 6 are formed in a state in which the element formation regions 3, 4, and 5 are surrounded independently. It has become. Each insulating isolation trench 6 is formed so as to reach the insulating isolation layer of the SOI substrate 2. Further, the semiconductor region 2A has a shape integrally provided with a rectangular frame-shaped portion (no reference) in a form surrounding the whole of the plurality of element forming regions 3 to 5 at the outer peripheral portion of the single crystal silicon layer, A frame-shaped insulating isolation trench 6 reaching the insulating isolation layer of the SOI substrate 2 is also formed on the outer periphery of the rectangular frame-shaped portion.
[0009]
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a portion along the line XX in FIG. 5 , and FIGS. 2 to 4 show the manufacturing process in schematic cross-sectional views. First, the manufacturing process will be described. 1 to 4 are not accurate.
In FIG. 2, an N-type single crystal silicon substrate 7 whose main surface is mirror-polished is prepared, and antimony is diffused to a depth of about 3 μm on the main surface using a vapor phase diffusion method to form an N + layer 8. . Apart from this N-type single crystal silicon substrate 7, a P-type single crystal silicon substrate 9 (corresponding to a support substrate) whose main surface is mirror-polished is prepared, and the main surface is thermally oxidized to a thickness of about 1 μm. The silicon oxide film 10 is formed. Next, the main surface sides of the silicon substrates 7 and 9 are bonded together in a clean atmosphere, and heated to about 1100 ° C. for bonding. Thereafter, the N-type single crystal silicon substrate 7 is polished to, for example, a state indicated by a two-dot chain line in the drawing to obtain a film thickness of about 17 μm. As a result, the SOI substrate 2 in a state in which the single crystal silicon layer 11 (corresponding to the semiconductor layer) is formed on the P-type single crystal silicon substrate 9 serving as the support substrate via the silicon oxide film 10 as the insulating separation layer is manufactured. The The single crystal silicon layer 11 is formed by laminating an N− layer 11a having a thickness of about 14 μm on an N + layer 8 having a thickness of about 3 μm.
[0010]
Then, an element formation region partitioned by the insulating isolation trench 6 is formed on the SOI substrate 2 by using a well-known trench formation technique. 1, 3, and 4, two bipolar transistor element formation regions 5 and a part of the semiconductor region 2 </ b> A appear. When forming the isolation trench 6, although not specifically shown, the following steps are performed. However, the following process examples show general procedures, and it is needless to say that other procedures may be adopted.
[0011]
(A) Mask formation step A silicon oxide film serving as a base is formed on the single crystal silicon layer 11, a silicon nitride film is formed thereon, and a silicon oxide functioning as an etching mask is formed thereon. A film is formed, and this three-layer structure film is patterned using a photo-etching technique, thereby forming an opening at a position corresponding to the trench 6, thereby forming a layer-structured trench etching mask. In this case, the silicon nitride film serves as a stopper when the uppermost silicon oxide film (etching mask) is removed.
[0012]
(B) Trench etching step By performing anisotropic dry etching using a trench etching mask on the single crystal silicon layer 11, a trench reaching the silicon oxide film 10 is formed at a position corresponding to the opening of the trench etching mask. To do.
[0013]
(C) Side wall oxidation process A side wall oxide film is formed by thermally oxidizing the side wall of the trench. If there is a processing defect in which the bottom of the trench does not reach the silicon oxide film 10, the single crystal silicon layer 11 remaining on the bottom is thermally oxidized from the surface side in this sidewall oxidation step.
[0014]
(D) Trench backfilling process A polysilicon film in a state where the trench is backfilled is formed on the entire surface of the trench etching mask (on the silicon oxide film) by depositing polysilicon by, for example, the CVD method. In this film formation, N-type impurities (for example, phosphorus and arsenic) are introduced into the polysilicon film, and the polysilicon film functions as a conductive material in the present invention.
[0015]
(E) Planarization process The polysilicon film is etched back to the surface of the silicon oxide film by performing a dry etching process or a chemical mechanical polishing process using the uppermost silicon oxide film of the trench etching mask as a stopper.
[0016]
(F) Mask removal process The uppermost silicon oxide film of the trench etching mask is removed by wet etching using the underlying silicon nitride film as a stopper.
[0017]
(G) Polysilicon film removal step The polysilicon film remaining in a state protruding from the upper portion of the trench is removed by dry etching using the silicon nitride film as a mask.
[0018]
(H) Polysilicon film oxidation process The polysilicon film corresponding to the upper part of the trench is subjected to a thermal oxidation process so that the upper part of the trench is covered with a silicon oxide film integrated with the lowermost silicon oxide film of the trench etching mask. State.
[0019]
(I) Silicon nitride film removal step The silicon nitride film is removed by wet etching with a processing liquid having etching selectivity with respect to the underlying silicon oxide film, thereby removing the sidewall oxide film 6a (sidewall as shown in FIG. 3). Insulating isolation trenches 6 are formed in a trench in which an N-type impurity has been introduced and filled with buried polysilicon 6b (corresponding to a conductive material) in a trench in which an insulating film is formed. Note that a silicon oxide film 12 is formed on the entire top surface of the single crystal silicon layer 11 (including the insulating isolation trench 6 portion).
[0020]
After execution of each process as described above, semiconductor elements corresponding to the respective element formation regions 3, 4, and 5 are formed. FIG. 4 shows an example in which an NPN transistor is formed in the bipolar transistor element formation region 5 in accordance with execution of a known photolithography process, ion implantation process, diffusion process, and the like. This NPN transistor has a structure including a P + diffusion layer 13 serving as a base region, an N + diffusion layer 14 serving as an emitter region, and an N + diffusion layer 15 constituting a collector region together with the N− layer 11a. In this case, in the step of forming the N + diffusion layer 15, the N-layer 11a in the semiconductor region 2A located between the adjacent element formation regions (between the bipolar transistor element formation regions 5 in the example of FIG. 4) is also N-type simultaneously. Impurities are introduced to form the N + diffusion layer 16.
[0021]
Next, as shown in FIG. 1, a contact hole is formed in the silicon oxide film 12, and the P + diffusion layer 13, the N + diffusion layers 14, 15 and 16, and the buried polysilicon 6b are electrically connected through the contact hole. Connected electrode pads 17 to 21 are formed. In practice, it is desirable to form an interlayer insulating film made of, for example, BPSG, BSG or the like on the silicon oxide film 12, and to form contact holes in the silicon oxide film 12 and the interlayer insulating film.
[0022]
Thus, the buried polysilicon 6b formed at a plurality of locations is the first electrode portion referred to in the present invention, the N + diffusion layer 16 is the second electrode portion referred to in the present invention, and the sidewall oxide film 6a is the dielectric referred to in the present invention. Capacitors (denoted by reference numeral C in FIG. 6) that function as body thin films are formed. In this case, the electrode pad 20 of the N + diffusion layer 16 is connected to a power supply terminal + Vcc for an integrated circuit (indicated by reference numeral 22 in FIG. 6) formed on the IC chip 1, and embedded polysilicon. The plurality of electrode pads 21 in the group 6b are all connected to the ground terminal. Therefore, as shown in FIG. 6, the capacitor C and the integrated circuit 22 are connected in parallel to the power supply terminal + Vcc. a state, the resulting so that to function a capacitor C as a noise absorbing element Te following.
[0023]
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained. That is, when forming the capacitor C, the dielectric thin film uses the side wall oxide film 6a of the insulation isolation trench 6 originally provided for insulation isolation of the semiconductor element, and the insulation as the first electrode portion. Using the buried polysilicon 6b of the isolation trench 6, the single crystal silicon layer 11 (dead space in the IC chip 1) located between adjacent element formation regions is used as the second electrode portion. Therefore, it is not necessary to prepare a new space for the dielectric thin film and each electrode part. As a result, there is no possibility that the chip size of the IC chip 1 is enlarged.
[0024]
In addition, since the extension of the insulating isolation trench 6 is relatively long, the effective electrode area of the capacitor C can be set large, which is advantageous in increasing the capacitance. In addition, as a result of securing the capacitance of the capacitor C by increasing the effective electrode area in this way, it is not necessary to increase the thickness of the sidewall oxide film 6a functioning as a dielectric thin film to increase the capacitance. For this reason, it is possible to form a capacitor C that realizes a high breakdown voltage as well as an increase in capacity. The buried polysilicon 6b serving as the first electrode portion can be formed simultaneously with the formation of the insulating isolation trench 6, and the N + diffusion layer 16 serving as the second electrode portion is formed of a semiconductor element in the element formation region. Since it can be formed simultaneously with the semiconductor element using a manufacturing process for (for example, a bipolar transistor), it is useful for reducing the manufacturing cost. Further, since the side wall oxide film 6a made of a silicon thermal oxide film is used as the side wall insulating film constituting the dielectric thin film of the capacitor C, the dielectric thin film can be easily formed and stable dielectric characteristics can be obtained. It will be obtained.
[0025]
(Second Embodiment)
7 and 8 show a second embodiment of the present invention. Hereinafter, only portions different from the first embodiment will be described.
FIG. 7 shows a schematic perspective view of a part of the IC chip 1 being cut out, and FIG. 8 shows a circuit configuration diagram equivalent to FIG. 6 in the first embodiment. . In FIG. 7, an IC chip 23 (corresponding to a semiconductor device) has the same basic element configuration as that of the first embodiment, but the formation region of the second electrode portion (N + diffusion layer 16) for the capacitor C. In other words, a structure in which a diode (indicated by reference symbol D in FIG. 8) is formed in the semiconductor region 2A located between adjacent element forming regions (between the bipolar transistor element forming regions 5 in the example of FIG. 7). With the above features. Specifically, when the P + diffusion layer 13 for the NPN transistor is formed, the P + diffusion layer 24 is formed by partially introducing a P-type impurity into the N− layer 11a of the single crystal silicon layer 11 at the same time. Thus, the diode D (see FIG. 8) in which the cathode is connected to the second electrode portion (N + diffusion layer 16) is configured between the N + diffusion layer 16 and the N + layer 8 and the P + diffusion layer 24. Is done. In this case, the N + diffusion layer 16 is connected to the power supply terminal + Vcc, and the P + diffusion layer 24 is connected to the ground terminal. Therefore, the diode D is connected to the power supply terminal + Vcc as shown in FIG. And the anode is connected to the ground terminal.
[0026]
According to this embodiment, the diode D formed together with the capacitor C can be used, for example, for protecting the integrated circuit 22, and the added value can be increased. In addition, since the diode D is formed in the semiconductor region 2A (dead space in the semiconductor device) located between the adjacent element formation regions, the chip size is not increased.
[0027]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications or expansions are possible.
Although the example using the SOI substrate 2 using the single crystal silicon substrate 9 as a support substrate has been described, the material of the support substrate is not limited to the single crystal silicon substrate, but other semiconductor substrates or semiconductor substrates or ceramics having insulation properties. A substrate (for example, an alumina substrate) or a glass substrate can be used. Specifically, for example, the single crystal silicon layer 11 is directly formed on the silicon substrate 25 (support substrate) having a large specific resistance as shown in FIG. It can be considered that the semiconductor substrate 26 is used. In particular, when such a support substrate having an insulating property is used, an insulating isolation layer (in the case of the first and second embodiments described above, the silicon oxide film 10) becomes unnecessary (SOS (Silicon On Sapphire)). This also applies when using a substrate). Further, although the SOI substrate 2 formed by the bonding method is used, it is needless to say that an SOI substrate formed by another method such as an insulating film embedding method (for example, SIMOX) may be used.
[0028]
The diode in the present invention is a concept including a Zener diode. In particular, when forming a Zener diode, the breakdown voltage can be increased by forming a plurality of Zener diodes and connecting them in series.
The present invention is not limited to an IC chip formed by BiCMOS process technology, and can be widely applied to all semiconductor devices having an insulating isolation trench.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an essential part showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing a state in the middle of manufacturing, part 1
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing a state in the middle of manufacturing, part 2
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a state in the middle of manufacturing, part 3
FIG. 5 is a schematic layout diagram of an IC chip. FIG. 6 is a schematic circuit configuration diagram of the IC chip. FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention, and a part of the IC chip being manufactured is cut out. FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 6. FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing another embodiment.
1 is an IC chip (semiconductor device), 2 is an SOI substrate, 2A is a semiconductor region, 3 is an element formation region for CMOS, 4 is an element formation region for LDMOS, 5 is an element formation region for bipolar transistors, 6 is an isolation trench, 6a is a sidewall oxide film (dielectric thin film), 6b is buried polysilicon (conductive material, first electrode portion), 9 is a single crystal silicon substrate (support substrate), and 11 is a single crystal silicon layer (semiconductor layer). , 16 is an N + diffusion layer (second electrode portion), 23 is an IC chip (semiconductor device), 25 is a support substrate, C is a capacitor, and D is a diode.

Claims (3)

支持基板上にこれと電気的に絶縁した状態で形成された半導体層に設けられ、互いの間に当該半導体層による半導体領域が一体として残るように配置された複数の素子形成領域と、
前記半導体層における前記複数の素子形成領域と前記半導体領域との間に、各素子形成領域を包囲し且つ前記支持基板及び半導体層間の絶縁機能部分まで達するように形成された複数の絶縁分離トレンチと、
前記複数の絶縁分離トレンチ内に側壁絶縁膜を介して導電性材料を充填することにより形成された複数の第1の電極部と、
前記半導体領域に不純物を導入することにより形成された第2の電極部と、
を備え、
前記複数の第1の電極部の全てをグランド端子に接続すると共に、前記第2の電極部を電源端子に接続した状態とすることにより、それら第1の電極部及び第2の電極部間に前記側壁絶縁膜が誘電体薄膜として機能するコンデンサを形成したことを特徴とする半導体装置。
A plurality of element formation regions provided in a semiconductor layer formed on the support substrate in a state of being electrically insulated from the support substrate, and disposed so that a semiconductor region of the semiconductor layer remains as a unit between them;
A plurality of insulating isolation trenches formed between the plurality of element forming regions and the semiconductor region in the semiconductor layer so as to surround each element forming region and reach an insulating functional portion between the support substrate and the semiconductor layer; ,
A plurality of first electrode portions formed by filling the plurality of insulating isolation trenches with a conductive material via a sidewall insulating film;
A second electrode portion formed by introducing impurities into the semiconductor region;
With
By connecting all of the plurality of first electrode portions to a ground terminal and connecting the second electrode portion to a power supply terminal, the first electrode portion and the second electrode portion can be connected to each other. A semiconductor device, wherein the sidewall insulating film functions as a dielectric thin film.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体領域の一部に、カソードが前記第2の電極部と接続され、アノードが前記カソードと異なる導電型不純物領域により形成されるとともにグランド端子に接続されたダイオードを形成したことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 ,
A diode having a cathode connected to the second electrode portion and an anode formed of a conductive impurity region different from the cathode and connected to a ground terminal is formed in a part of the semiconductor region. Semiconductor device.
前記側壁絶縁膜は、前記絶縁分離トレンチ内に露出した半導体層を酸化して形成した酸化膜であることを特徴とする請求項1または2の何れかに記載の半導体装置。The sidewall insulating film, a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the is an oxide film formed by oxidizing the exposed semiconductor layer in isolation trench.
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