JP6382288B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、溝を有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a groove and a manufacturing method thereof.

高アスペクト比の溝内に絶縁膜を充填した素子分離(Deep Trench Isolation:DTI
)構造は、たとえば特開2002−118256号公報に開示されている。
Element isolation with a high aspect ratio trench filled with an insulating film (Deep Trench Isolation: DTI)
The structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-118256.

この公報に記載の技術では、まず半導体基板の表面に溝が形成され、その後に、その溝内を埋め込むように第1の絶縁膜が半導体基板の表面上に成膜される。この第1の絶縁膜が異方性エッチングされることにより、第1の絶縁膜に溝内に達する開口が形成されるとともに、第1の絶縁膜の開口の上端コーナ部が溝の上端コーナ部よりも緩やかな傾斜とされる。さらに上記の異方性エッチングにより、半導体基板の表面上の第1の絶縁膜の膜厚が減ぜられる。この後、上記開口を埋め込むように第2の絶縁膜が半導体基板の表面上に成膜される。   In the technique described in this publication, a groove is first formed on the surface of a semiconductor substrate, and then a first insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate so as to fill the groove. By anisotropically etching the first insulating film, an opening reaching the groove is formed in the first insulating film, and the upper corner portion of the opening of the first insulating film is the upper corner portion of the groove. The slope is gentler than that. Furthermore, the thickness of the first insulating film on the surface of the semiconductor substrate is reduced by the anisotropic etching. Thereafter, a second insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate so as to fill the opening.

上記のようにDTI構造が形成された後に、半導体基板にMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの電子素子が形成される。   After the DTI structure is formed as described above, an electronic element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is formed on the semiconductor substrate.

特開2002−118256号公報JP 2002-118256 A

上記の方法では、高アスペクト比の溝内を第1および第2の絶縁膜で埋め込む必要がある。このため、2回の絶縁膜堆積と、開口上端部の拡張のための異方性エッチングが必要となり、フロー時間が長くなり、処理時間と費用が掛かるプロセスとなっていた。   In the above method, it is necessary to fill the trenches having a high aspect ratio with the first and second insulating films. For this reason, the insulating film is deposited twice and the anisotropic etching for expanding the upper end of the opening is required, and the flow time becomes long, and the processing time and cost are high.

また溝内部に中空が存在すると、その後のウエット処理で中空部が基板表面に露出するおそれがある。溝内部の中空部が基板表面に露出した場合、その露出部からレジスト材などが中空部に入り込んで除去できなくなる。中空部内のレジスト材などは後工程で噴出して異物として現れ、パターン欠陥の原因となる。   Further, if there is a hollow inside the groove, the hollow portion may be exposed on the substrate surface by the subsequent wet treatment. When the hollow portion inside the groove is exposed on the substrate surface, the resist material or the like enters the hollow portion from the exposed portion and cannot be removed. The resist material in the hollow portion is ejected in a later process and appears as a foreign substance, which causes a pattern defect.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易なプロセスで、高い埋め込み性を確保する必要のない半導体装置およびその製造方法を提供することである。   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 does not need to ensure high embeddability by a simple process and a method for manufacturing the same.

本発明の一実施例による半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。
支持基板と、埋め込み絶縁膜と半導体層とがこの順で積層された構成を有する半導体基板が準備され、半導体層上にゲート電極を有し、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有するMOSトランジスタが形成される製造方法である。MOSトランジスタを平面視において取り囲む溝が半導体層から埋め込み絶縁膜に達するように形成される。ゲート電極の上を覆い半導体層の主表面に沿うように拡がり、かつ溝内に中空を形成するように溝を充填する第1の絶縁膜が形成される。
まず支持基板と、埋め込み絶縁膜と半導体層とがこの順で積層された構成を有する半導体基板が準備される。半導体層の主表面に、導電部分を有する素子が完成される。上記素子を平面視において取り囲む溝が、半導体層の主表面から埋め込み絶縁膜に達するように形成される。上記素子上を覆うように、かつ溝内に中空を形成するように素子上および溝内に第1の絶縁膜が形成される。上記第1の絶縁膜に素子の導電部分に達する孔が形成される。
A manufacturing method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes the following steps.
A MOS substrate having a structure in which a support substrate, a buried insulating film, and a semiconductor layer are stacked in this order is prepared, a gate electrode is provided on the semiconductor layer, and a source region and a drain region are provided in the semiconductor layer Is a manufacturing method. A trench surrounding the MOS transistor in plan view is formed so as to reach the buried insulating film from the semiconductor layer. A first insulating film covering the gate electrode and extending along the main surface of the semiconductor layer and filling the groove is formed so as to form a hollow in the groove.
First, a semiconductor substrate having a configuration in which a support substrate, a buried insulating film, and a semiconductor layer are stacked in this order is prepared. An element having a conductive portion on the main surface of the semiconductor layer is completed. A groove surrounding the element in plan view is formed so as to reach the buried insulating film from the main surface of the semiconductor layer. A first insulating film is formed on the element and in the groove so as to cover the element and to form a hollow in the groove. A hole reaching the conductive portion of the element is formed in the first insulating film.

本実施例によれば、素子の完成後に溝が形成される。このため、素子の形成途中に溝内にレジストなどが入り込むことがない。したがって、簡易なプロセスで、高い埋め込み性を確保する必要のない半導体装置およびその製造方法を実現することができる。   According to this embodiment, the groove is formed after the element is completed. For this reason, resist or the like does not enter the groove during the formation of the element. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device and a method for manufacturing the same that do not require a high embedding property with a simple process.

また、半導体基板が支持基板と埋め込み絶縁膜と半導体層との積層構成を有し、溝が半導体層の主表面から埋め込み絶縁膜に達するように形成される。このため、分離能力を高めることができる。   Further, the semiconductor substrate has a laminated structure of a support substrate, a buried insulating film, and a semiconductor layer, and the groove is formed so as to reach the buried insulating film from the main surface of the semiconductor layer. For this reason, the separation capability can be increased.

本発明の実施の形態1におけるチップ状態の半導体装置の構成を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing a configuration of a semiconductor device in a chip state according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す素子形成領域が平面視において溝に取り囲まれた様子を示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows a mode that the element formation area shown in FIG. 1 was surrounded by the groove | channel in planar view. 本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 5th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 6th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 7th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第8工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 8th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第9工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 9th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 半導体装置の特性を調べる評価用TEGの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of TEG for evaluation which investigates the characteristic of a semiconductor device. DTI構造の溝の幅と、当該溝の耐圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the width | variety of the groove | channel of a DTI structure, and the pressure | voltage resistance of the said groove | channel. 溝の延在する方向に平行な方向に延在するシート抵抗が形成されたTEGの構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of TEG in which the sheet resistance extended in the direction parallel to the direction where a groove | channel is extended was formed. 図15のXVI−XVI線に沿う部分における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the part which follows the XVI-XVI line | wire of FIG. 溝の延在する方向に直交する方向に延在するシート抵抗が形成されたTEGの構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of TEG in which the sheet resistance extended in the direction orthogonal to the direction where a groove | channel is extended was formed. 図17のXVIII−XVIII線に沿う部分における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the part which follows the XVIII-XVIII line of FIG. 本発明の実施の形態1の半導体基板を用いて、素子形成領域を取り囲むようにゲッタリングサイトが形成された構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure by which the gettering site was formed so that an element formation area might be surrounded using the semiconductor substrate of Embodiment 1 of this invention. 図19の半導体基板にフィールド酸化膜が形成された構成を示す概略断面図である。FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in which a field oxide film is formed on the semiconductor substrate of FIG. 19. 図20の半導体基板に溝が形成された構成を示す概略断面図である。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration in which a groove is formed in the semiconductor substrate of FIG. 20. 埋め込み絶縁膜が形成されないバルクの半導体基板に溝が形成され、溝の側面にエッチングダメージが形成された状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing a state where a groove is formed in a bulk semiconductor substrate in which a buried insulating film is not formed and etching damage is formed on a side surface of the groove. 埋め込み絶縁膜が形成された半導体基板に溝が形成され、溝の側面にエッチングダメージが形成された状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing a state where a groove is formed in a semiconductor substrate on which a buried insulating film is formed and etching damage is formed on a side surface of the groove. 本発明の実施の形態1における半導体装置の溝の形状を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the shape of the groove | channel of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の一の例の溝の形状を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the shape of the groove | channel of one example of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の他の例の溝の形状を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the shape of the groove | channel of the other example of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の一の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of one example of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 図27の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the groove part of FIG. 本発明の実施の形態2における半導体装置の他の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the other example of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 図29の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the groove part of FIG. 半導体層の上部の層に溝(貫通孔)が形成された後で、半導体層に溝が形成される前の状態を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state after a groove (through hole) is formed in an upper layer of a semiconductor layer and before a groove is formed in the semiconductor layer. 半導体層がエッチングされる原理を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the principle by which a semiconductor layer is etched. 図32における半導体層がエッチングされた後の状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state after the semiconductor layer in FIG. 32 was etched. ウェハの中心部における、DTI幅が0.8μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width is 0.8 micrometer in the center part of a wafer. ウェハの中心部における、DTI幅が0.9μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width | variety is 0.9 micrometer in the center part of a wafer. ウェハの中心部における、DTI幅が1.0μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width | variety is 1.0 micrometer in the center part of a wafer. ウェハの中心部における、DTI幅が1.1μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width | variety is 1.1 micrometers in the center part of a wafer. ウェハの周辺部における、DTI幅が0.8μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width is 0.8 micrometer in the peripheral part of a wafer. ウェハの周辺部における、DTI幅が0.9μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width | variety is 0.9 micrometer in the peripheral part of a wafer. ウェハの周辺部における、DTI幅が1.0μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width | variety is 1.0 micrometer in the peripheral part of a wafer. ウェハの周辺部における、DTI幅が1.1μmである溝の上部の断面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cross section of the upper part of the groove | channel whose DTI width is 1.1 micrometers in the peripheral part of a wafer. 図43のグラフに示す、溝の幅と中空頂点の高さとの寸法の位置を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the position of the dimension of the width of a groove | channel and the height of a hollow vertex shown to the graph of FIG. 溝の幅と中空頂点の高さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the width | variety of a groove | channel, and the height of a hollow vertex. 溝の内部に正常に形成された中空を断面から見た形状を示す写真である。It is the photograph which shows the shape which looked at the hollow normally formed in the inside of a groove | channel from the cross section. 溝の内部に形成された、上部が膨張した中空を断面から見た形状の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of the shape which looked at the hollow which formed in the inside of a groove | channel and the upper part expanded from the cross section. 図45の中空の上部がさらに膨張した形状を示す写真である。It is a photograph which shows the shape which the hollow upper part of FIG. 45 expanded further. スパッタリングにより溝の上部に形成されたアルミニウムの薄膜を断面から見た形状の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of the shape which looked at the thin film of aluminum formed in the upper part of the groove | channel by sputtering from the cross section. 図47に示す溝の上部のアルミニウムの薄膜を除去した後における中空の変形を断面から見た形状の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of the shape which looked at the hollow deformation | transformation after removing the thin film of aluminum of the upper part of the groove | channel shown in FIG. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBに、図25と同様の溝が形成された構成を示す概略断面図である。FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in which a groove similar to FIG. 25 is formed in a bulk semiconductor substrate SUB in which no buried insulating film BOX exists. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBに、図26と同様の溝が形成された構成を示す概略断面図である。FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in which a groove similar to FIG. 26 is formed in a bulk semiconductor substrate SUB in which no buried insulating film BOX exists. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBを用いて形成された、本発明の実施の形態2における半導体装置の一の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of one example of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention formed using the bulk semiconductor substrate SUB in which the embedded insulating film BOX does not exist. 図51の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the groove part of FIG. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBを用いて形成された、本発明の実施の形態2における半導体装置の他の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the other example of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention formed using the bulk semiconductor substrate SUB in which the embedded insulating film BOX does not exist. 図53の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the groove part of FIG. 本発明の実施の形態3における半導体装置の一の例の溝の形状を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the shape of the groove | channel of one example of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体装置の他の例の溝の形状を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the shape of the groove | channel of the other example of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBに、図55と同様の溝が形成された構成を示す図である。FIG. 56 is a view showing a configuration in which a groove similar to FIG. 55 is formed in a bulk semiconductor substrate SUB in which no buried insulating film BOX exists. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBに、図56と同様の溝が形成された構成を示す図である。FIG. 57 is a diagram showing a configuration in which a groove similar to FIG. 56 is formed in a bulk semiconductor substrate SUB in which no buried insulating film BOX exists. 本発明の実施の形態3における半導体装置の一の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of one example of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 図59の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。FIG. 60 is an enlarged cross-sectional view showing the groove portion of FIG. 59 in an enlarged manner. 本発明の実施の形態3における半導体装置の他の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the other example of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 図61の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。FIG. 62 is an enlarged cross-sectional view showing a groove portion of FIG. 61 in an enlarged manner. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBを用いて形成された、本発明の実施の形態3における半導体装置の一の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the example of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention formed using the bulk semiconductor substrate SUB in which the embedded insulating film BOX does not exist. 図63の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。FIG. 64 is an enlarged cross-sectional view showing the groove portion of FIG. 63 in an enlarged manner. 埋め込み絶縁膜BOXが存在しないバルクの半導体基板SUBを用いて形成された、本発明の実施の形態3における半導体装置の他の例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the other example of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention formed using the bulk semiconductor substrate SUB in which the buried insulating film BOX does not exist. 図65の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。FIG. 66 is an enlarged cross-sectional view showing the groove portion of FIG. 65 in an enlarged manner. 本発明の実施の形態4において、中空の上の層間絶縁膜を厚くすることを説明するための概略断面図である。In Embodiment 4 of this invention, it is a schematic sectional drawing for demonstrating thickening the interlayer insulation film on a hollow. 本発明の実施の形態4において、図67の層間絶縁膜の上に更に層間絶縁膜が積層された状態を説明するための概略断面図である。FIG. 68 is a schematic cross sectional view for explaining a state in which an interlayer insulating film is further laminated on the interlayer insulating film of FIG. 67 in Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 図69の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。FIG. 70 is an enlarged cross-sectional view showing a groove portion of FIG. 69 in an enlarged manner. 本発明の実施の形態5において、溝を形成する領域に素子分離用絶縁膜(LOCOS)が形成された状態を示す概略断面図である。In Embodiment 5 of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows the state by which the insulating film for element isolation (LOCOS) was formed in the area | region which forms a groove | channel. 本発明の実施の形態5において、素子分離用絶縁膜を貫通して埋め込み絶縁膜に達するように溝が形成された状態を示す概略断面図である。In Embodiment 5 of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows the state in which the groove | channel was formed so that an insulating film for element isolation might be penetrated and it may reach a buried insulating film. 本発明の実施の形態5において、下敷き酸化膜の上および溝の内部に層間絶縁膜が形成された状態を示す概略断面図である。In Embodiment 5 of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows the state in which the interlayer insulation film was formed on the underlay oxide film and the inside of a groove | channel. 本発明の実施の形態5において、素子分離用絶縁膜の形成された素子の内部の応力を示すグラフおよび、当該素子の概略断面図である。In Embodiment 5 of this invention, it is the graph which shows the stress inside the element in which the insulating film for element separation was formed, and a schematic sectional drawing of the said element. 本発明の実施の形態5における半導体装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6において、溝を形成する領域に下敷き酸化膜と下敷き窒化膜とマスク材とが形成された状態を示す概略断面図である。In Embodiment 6 of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows the state in which the underlying oxide film, the underlying nitride film, and the mask material were formed in the area | region which forms a groove | channel. 本発明の実施の形態6において、図76に続く工程として形成される溝の状態を示す概略断面図である。In Embodiment 6 of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows the state of the groove | channel formed as a process following FIG. 本発明の実施の形態7において、図77に続く工程として形成される側壁絶縁膜の状態を示す概略断面図である。In Embodiment 7 of this invention, it is a schematic sectional drawing which shows the state of the side wall insulating film formed as a process following FIG. 本発明の実施の形態7において、図78に続く工程として形成される溝の内部の状態を示す概略断面図である。FIG. 79 is a schematic cross sectional view showing the state of the inside of the groove formed as a step following FIG. 78 in Embodiment 7 of the present invention. 本発明の実施の形態7における半導体装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 7 of this invention. 図80の溝部分を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the groove part of FIG.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1を参照して、本実施の形態の半導体装置は、たとえばBiC−DMOS(Bipolar Complementary Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)に適用可能である。このBiC−DMOSの半導体チップSCCは、たとえば低耐圧のCMOS(Complementary MOS)トランジスタを集積したようなロジック部と、高耐圧素子を用いた出力ドライバ部とを有している。上記の出力ドライバ部では素子の1つ1つの形成領域である素子形成領域DFRがDTI構造をなす溝DTRによって平面視において取り囲まれている。また複数の素子形成領域DFRが、平面視においてゲッタリングサイトGTによって取り囲まれている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
Referring to FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment is applicable to, for example, a BiC-DMOS (Bipolar Complementary Double-diffused Metal Oxide Semiconductor). This BiC-DMOS semiconductor chip SCC has, for example, a logic unit in which low breakdown voltage CMOS (Complementary MOS) transistors are integrated and an output driver unit using a high breakdown voltage element. In the output driver section, the element formation region DFR, which is the formation region of each element, is surrounded by the trench DTR having the DTI structure in plan view. Further, the plurality of element formation regions DFR are surrounded by the gettering site GT in plan view.

図2を参照して、たとえば出力ドライバ部では、1つ1つの高耐圧素子の素子形成領域DFRがDTI構造をなす溝DTRにより平面的に取り囲まれている。この溝DTRは半導体基板SUBの表面に形成されている。   Referring to FIG. 2, for example, in the output driver section, each element formation region DFR of each high breakdown voltage element is planarly surrounded by a trench DTR having a DTI structure. The trench DTR is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB.

図3を参照して、半導体基板SUBは、支持基板SSと、埋め込み絶縁膜BOXと、半導体層SLとがこの順で(図3の下側から上側へ)積層された構成を有するSOI(Silicon On Insulator)基板である。支持基板SSはたとえばp型のシリコン基板よりなっており、埋め込み絶縁膜BOXはたとえばシリコン酸化膜よりなっており、半導体層SLはたとえばn-シリコン層よりなっている。半導体層SLの主表面(図3における上側の表面)に、CMOSトランジスタ、高耐圧MOSトランジスタなどの素子が形成されている。これらの素子は、たとえばn+領域NR、p+領域PR、ゲート電極層GEなどの導電部分を有している。 Referring to FIG. 3, a semiconductor substrate SUB includes an SOI (Silicon) having a configuration in which a support substrate SS, a buried insulating film BOX, and a semiconductor layer SL are stacked in this order (from the lower side to the upper side in FIG. 3). On Insulator) substrate. Support substrate SS is made of, for example, a p-type silicon substrate, buried insulating film BOX is made of, for example, a silicon oxide film, and semiconductor layer SL is made of, for example, an n silicon layer. Elements such as a CMOS transistor and a high voltage MOS transistor are formed on the main surface (the upper surface in FIG. 3) of the semiconductor layer SL. These elements have conductive portions such as an n + region NR, a p + region PR, and a gate electrode layer GE.

CMOSトランジスタ、高耐圧MOSトランジスタなどのそれぞれの素子形成領域DFRを平面視において取り囲むように、半導体層SLの主表面から半導体層SLを貫通するように、DTI構造をなす溝DTRが形成されている。つまり溝DTRは、半導体層SLの上側の主表面から埋め込み絶縁膜BOXに達するように、図3の上下方向に延在している。溝DTRは、それぞれの素子形成領域DFRを取り囲むことにより、それぞれの素子形成領域DFR間を電気的に分離している。   A trench DTR having a DTI structure is formed so as to penetrate the semiconductor layer SL from the main surface of the semiconductor layer SL so as to surround each element formation region DFR such as a CMOS transistor and a high voltage MOS transistor in a plan view. . That is, the trench DTR extends in the vertical direction in FIG. 3 so as to reach the buried insulating film BOX from the upper main surface of the semiconductor layer SL. The trench DTR electrically separates the element formation regions DFR by surrounding the element formation regions DFR.

CMOSトランジスタは、図3の左側のnMOSトランジスタと、右側のpMOSトランジスタとが組み合わせられた構成となっている。nMOSトランジスタはp型ウェル領域PWRと、ソース領域またはドレイン領域としてのn+領域NRと、ゲート絶縁膜GI、ゲート電極層GEとを主に有している。pMOSトランジスタはn型ウェル領域NWRと、ソース領域またはドレイン領域としてのp+領域PRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEとを主に有している。 The CMOS transistor has a configuration in which the left nMOS transistor in FIG. 3 and the right pMOS transistor are combined. The nMOS transistor mainly has a p-type well region PWR, an n + region NR as a source region or a drain region, a gate insulating film GI, and a gate electrode layer GE. The pMOS transistor mainly has an n-type well region NWR, a p + region PR as a source region or a drain region, a gate insulating film GI, and a gate electrode layer GE.

高耐圧MOSトランジスタは、中央部分に溝DTRが存在することにより、溝DTRの左側と右側との2つの素子に分かれて配置されている。左側の高耐圧MOSトランジスタは、n型ウェル領域NWRと、n型領域NDRと、p型領域PBRと、ソース領域またはドレイン領域としてのn+領域NRと、p+コンタクト領域PRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEとを主に有している。右側の高耐圧MOSトランジスタは、p型オフセット領域PORと、n型ウェル領域NWRと、ソース領域またはドレイン領域としてのp+領域PRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEとを主に有している。 The high breakdown voltage MOS transistor is divided into two elements on the left side and the right side of the trench DTR due to the presence of the trench DTR in the central portion. The left high voltage MOS transistor includes an n-type well region NWR, an n-type region NDR, a p-type region PBR, an n + region NR as a source region or a drain region, a p + contact region PR, a gate insulating film It mainly has a GI and a gate electrode layer GE. The high voltage MOS transistor on the right side mainly has a p-type offset region POR, an n-type well region NWR, a p + region PR as a source region or a drain region, a gate insulating film GI, and a gate electrode layer GE. doing.

本実施の形態においては、n+領域NRやp+領域PRのそれぞれの表面上にシリサイド層SCが形成されていることが好ましいが、シリサイド層SCは省略されてもよい。 In the present embodiment, the silicide layer SC is preferably formed on the surface of each of the n + region NR and the p + region PR, but the silicide layer SC may be omitted.

また右側の高耐圧MOSトランジスタのp型オフセット領域POR上にはマスク絶縁層MIが形成されている。また隣接する素子間の電気的な分離などのために半導体層SLの主表面には適宜、フィールド酸化膜FOがたとえば400nmの厚みで形成されている。   A mask insulating layer MI is formed on the p-type offset region POR of the right high voltage MOS transistor. A field oxide film FO is appropriately formed on the main surface of the semiconductor layer SL to have a thickness of, for example, 400 nm for electrical isolation between adjacent elements.

上記のCMOSトランジスタ、高耐圧MOSトランジスタ上を覆うように、下敷き酸化膜NSG(第2の絶縁膜)および層間絶縁膜II(第1の絶縁膜)が形成されている。下敷き酸化膜NSGは、半導体層SLの主表面上(つまり半導体基板SUBの主表面上)にたとえば300nmの厚みで形成されている。下敷き酸化膜NSGはたとえば不純物がドープされていないノンドープのシリコン酸化膜である。   An underlying oxide film NSG (second insulating film) and an interlayer insulating film II (first insulating film) are formed so as to cover the above-described CMOS transistor and high voltage MOS transistor. Underlay oxide film NSG is formed with a thickness of, for example, 300 nm on the main surface of semiconductor layer SL (that is, on the main surface of semiconductor substrate SUB). The underlying oxide film NSG is, for example, a non-doped silicon oxide film that is not doped with impurities.

層間絶縁膜IIは、下敷き酸化膜NSG上を覆うように、かつ溝DTRの内部に中空SPを形成するように、下敷き酸化膜NSG上および溝DTRの内部に形成されている。層間絶縁膜IIは、下敷き酸化膜NSGと同様に、半導体チップSCCを覆うように形成されている。   The interlayer insulating film II is formed on the underlying oxide film NSG and in the trench DTR so as to cover the underlying oxide film NSG and to form a hollow SP in the trench DTR. Similar to the underlying oxide film NSG, the interlayer insulating film II is formed to cover the semiconductor chip SCC.

つまり溝DTR内に形成される絶縁膜IIは、高耐圧MOSトランジスタ上に形成される層間絶縁膜IIである。また溝DTR内は、絶縁膜IIで完全に埋め込まれてはおらず、溝DTRの内部には中空(空隙)SPが形成されている。   That is, the insulating film II formed in the trench DTR is an interlayer insulating film II formed on the high voltage MOS transistor. The trench DTR is not completely filled with the insulating film II, and a hollow (void) SP is formed inside the trench DTR.

この中空SPは溝の深さとほぼ同じ高さを有していてもよい。溝DTRのアスペクト比(深さ/幅)は1以上であることが好ましい。また溝DTRの幅は80Vのブレークダウン電圧を基準にして0.3μm以上であることが好ましい。   The hollow SP may have a height substantially equal to the depth of the groove. The aspect ratio (depth / width) of the trench DTR is preferably 1 or more. The width of the trench DTR is preferably 0.3 μm or more based on a breakdown voltage of 80V.

層間絶縁膜IIは、たとえばBP−TEOS(Boro-Phospho-Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)と、その上にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されたシリコン酸化膜との積層構造よりなっている。なお層間絶縁膜IIに含まれるBP−TEOSは、P−TEOS(PSG:Phosphorus Silicon Glass)、B−TEOS(BSG:Boro Silicata Glass)のようなIII族元素およびV族元素の少なくともいずれかの不純物を含んだ絶縁膜であればよい。   The interlayer insulating film II has a laminated structure of, for example, BP-TEOS (Boro-Phospho-Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) and a silicon oxide film formed thereon by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Yes. Note that BP-TEOS included in the interlayer insulating film II is an impurity of at least one of group III elements and group V elements such as P-TEOS (PSG: Phosphorus Silicon Glass) and B-TEOS (BSG: Boro Silicata Glass). An insulating film containing any material may be used.

下敷き酸化膜NSGおよび層間絶縁膜IIにはコンタクトホールCHが形成されており、コンタクトホールCH内にはプラグ導電層PLが形成されている。層間絶縁膜II上には配線層ICLが形成されている。配線層ICLはコンタクトホールCH内のプラグ導電層PLを介して素子の導電部分(たとえばソース領域、ドレイン領域としてのn+領域NR、p+領域PR、ゲート電極層GEなど)に電気的に接続されている。言い換えれば、コンタクトホールCHは下敷き酸化膜NSGおよび層間絶縁膜IIに形成された孔であり、当該孔は素子の導電部分に達するように延在している。なお、n+領域NR、p+領域PR上にシリサイド層SCが形成されている場合には、コンタクトホールCHはシリサイド層SCに達するように形成されている。またシリサイド層が形成されていない場合には、コンタクトホールCHはn+領域NR、p+領域PRに達するように形成されている。 A contact hole CH is formed in the underlying oxide film NSG and the interlayer insulating film II, and a plug conductive layer PL is formed in the contact hole CH. A wiring layer ICL is formed on the interlayer insulating film II. The wiring layer ICL is electrically connected to a conductive portion of the element (for example, an n + region NR, a p + region PR, a gate electrode layer GE, etc. as a source region and a drain region) through a plug conductive layer PL in the contact hole CH. Has been. In other words, the contact hole CH is a hole formed in the underlying oxide film NSG and the interlayer insulating film II, and the hole extends to reach the conductive portion of the element. When the silicide layer SC is formed on the n + region NR and the p + region PR, the contact hole CH is formed so as to reach the silicide layer SC. When the silicide layer is not formed, the contact hole CH is formed so as to reach the n + region NR and the p + region PR.

次に、本実施の形態の半導体装置として、図3に示すCMOSトランジスタ、高耐圧MOSトランジスタを有する半導体チップSCCの製造方法について図4〜図12を用いて説明する。   Next, as a semiconductor device of the present embodiment, a method of manufacturing a semiconductor chip SCC having the CMOS transistor and the high voltage MOS transistor shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS.

図4を参照して、まず支持基板SSと、埋め込み絶縁膜BOXと、半導体層SLとがこの順に積層された構成を有するSOI基板として半導体基板SUBが準備される。半導体層SLには、n型領域NDR、フィールド酸化膜FOなどが形成される。このフィールド酸化膜FOは、半導体層SLの主表面上に酸化膜OXIと窒化膜NIとをこの順で積層し、窒化膜NIを選択的に除去した後に、その窒化膜NIから露出した部分を熱酸化することにより形成される。この後、窒化膜NIおよび酸化膜OXIが除去され、フィールド酸化膜FOが形成されていない半導体層SLの主表面が露出する。   Referring to FIG. 4, first, a semiconductor substrate SUB is prepared as an SOI substrate having a configuration in which a support substrate SS, a buried insulating film BOX, and a semiconductor layer SL are stacked in this order. In the semiconductor layer SL, an n-type region NDR, a field oxide film FO, and the like are formed. In this field oxide film FO, an oxide film OXI and a nitride film NI are stacked in this order on the main surface of the semiconductor layer SL, and after selectively removing the nitride film NI, a portion exposed from the nitride film NI is removed. It is formed by thermal oxidation. Thereafter, nitride film NI and oxide film OXI are removed, and the main surface of semiconductor layer SL in which field oxide film FO is not formed is exposed.

図5を参照して、n型ウェル領域NWR、p型ウェル領域PWR、n型領域NDR、p型領域PDR、p型オフセット領域POR、ゲート絶縁膜GI、ゲート電極層GE、酸化絶縁膜OI、n+領域NR、p+領域PR、側壁絶縁膜SWなどが形成される。 Referring to FIG. 5, n-type well region NWR, p-type well region PWR, n-type region NDR, p-type region PDR, p-type offset region POR, gate insulating film GI, gate electrode layer GE, oxide insulating film OI, An n + region NR, a p + region PR, a sidewall insulating film SW, and the like are formed.

これにより、半導体層SLの主表面(半導体基板SUBの表面)に、各素子(高耐圧MOSトランジスタ、CMOSトランジスタなど)が完成する。つまり各素子の完成とは以下のように形成されることである。   Thereby, each element (high voltage MOS transistor, CMOS transistor, etc.) is completed on the main surface of the semiconductor layer SL (surface of the semiconductor substrate SUB). In other words, completion of each element means that it is formed as follows.

高耐圧MOSトランジスタとして図5中左側のトランジスタは、n型ウェル領域NWRと、n型領域NDRと、p型領域PBRと、ソースまたはドレインとしてのn+領域NRと、コンタクト領域としてのp+領域PRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEとを有するように形成される。 The high-voltage MOS transistor on the left side in FIG. 5 includes an n-type well region NWR, an n-type region NDR, a p-type region PBR, an n + region NR as a source or drain, and a p + region as a contact region. It is formed to have PR, gate insulating film GI, and gate electrode layer GE.

高耐圧MOSトランジスタとして図5中右側のトランジスタは、n型ウェル領域NWRと、p型オフセット領域PORと、ソースまたはドレインとしてのp+領域PRと、コンタクト領域としてのn+領域NRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEとを有するように形成される。 As a high voltage MOS transistor, the transistor on the right side in FIG. 5 includes an n-type well region NWR, a p-type offset region POR, a p + region PR as a source or drain, an n + region NR as a contact region, and gate insulation. A film GI and a gate electrode layer GE are formed.

CMOSトランジスタは、pMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが完成するように形成される。pMOSトランジスタは、n型ウェル領域NWRと、1対のソース/ドレイン領域としてのp+領域PRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEとを有するように形成される。nMOSトランジスタは、p型ウェル領域PWRと、1対のソース/ドレイン領域としてのn+領域NRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEとを有するように形成される。 The CMOS transistor is formed so that a pMOS transistor and an nMOS transistor are completed. The pMOS transistor is formed to have an n-type well region NWR, a p + region PR as a pair of source / drain regions, a gate insulating film GI, and a gate electrode layer GE. The nMOS transistor is formed to have a p-type well region PWR, an n + region NR as a pair of source / drain regions, a gate insulating film GI, and a gate electrode layer GE.

図6を参照して、n+領域NRおよびp+領域PRの各々の表面上にシリサイド層SCが形成される。シリサイド層SCは、半導体層SLの表面全面を覆うように高融点金属層を形成した後に熱処理を加えて高融点金属とシリコンとを反応させることにより形成される。この際、半導体層SLの主表面上にマスク絶縁層MIを形成しておくことにより、マスク絶縁層MIが形成された箇所においては、半導体層SLの主表面と高融点金属層とが接触することはないため、シリサイド層SCは形成されない。なお、シリサイド層SC形成後、未反応の高融点金属層は除去される。 Referring to FIG. 6, silicide layer SC is formed on the surface of each of n + region NR and p + region PR. The silicide layer SC is formed by forming a refractory metal layer so as to cover the entire surface of the semiconductor layer SL and then reacting the refractory metal with silicon by applying heat treatment. At this time, by forming the mask insulating layer MI on the main surface of the semiconductor layer SL, the main surface of the semiconductor layer SL and the refractory metal layer are in contact with each other at the position where the mask insulating layer MI is formed. Therefore, the silicide layer SC is not formed. Note that the unreacted refractory metal layer is removed after the formation of the silicide layer SC.

図7を参照して、各素子上を覆うように、下敷き酸化膜NSGが形成される。下敷き酸化膜NSGはたとえば600nmの厚みのノンドープのシリコン酸化膜からなる。   Referring to FIG. 7, underlying oxide film NSG is formed so as to cover each element. The underlying oxide film NSG is made of a non-doped silicon oxide film having a thickness of 600 nm, for example.

図8を参照して、下敷き酸化膜NSG上を覆うように、フォトレジストPHRが塗布される。   Referring to FIG. 8, photoresist PHR is applied to cover underlying oxide film NSG.

このフォトレジストPHRは通常の写真製版技術によりパターニングされる。このパターニングされたフォトレジストPHRをマスクとして、下敷き酸化膜NSGおよびフィールド酸化膜FOとが順に異方性エッチングされる。これにより下敷き酸化膜NSGとフィールド酸化膜FOとを貫通する溝DTRAが形成される。この後、フォトレジストPHRがアッシングなどによって除去される。   The photoresist PHR is patterned by a normal photolithography technique. Using this patterned photoresist PHR as a mask, underlying oxide film NSG and field oxide film FO are anisotropically etched in order. As a result, a trench DTRA penetrating the underlying oxide film NSG and the field oxide film FO is formed. Thereafter, the photoresist PHR is removed by ashing or the like.

図9を参照して、下敷き酸化膜NSGをマスクとして半導体層SLに異方性エッチングが施される。これにより、溝DTRAの直下の半導体基板SUB(半導体層SL)が選択的に除去される。これにより、半導体基板SUB(半導体層SL)の主表面から埋め込み絶縁膜BOXに達するように溝DTRが形成される。   Referring to FIG. 9, anisotropic etching is performed on semiconductor layer SL using underlying oxide film NSG as a mask. Thereby, the semiconductor substrate SUB (semiconductor layer SL) immediately below the trench DTRA is selectively removed. Thereby, the trench DTR is formed so as to reach the buried insulating film BOX from the main surface of the semiconductor substrate SUB (semiconductor layer SL).

このエッチング時に下敷き酸化膜NSGも所定膜厚だけエッチング除去され、当初の厚み600nmのおよそ半分の厚み、たとえば300nmの厚みとなる。   During this etching, the underlying oxide film NSG is also etched away by a predetermined thickness, resulting in a thickness approximately half of the original thickness of 600 nm, for example, 300 nm.

なお、形成される素子の特性上、III族元素やV族元素などの不純物が半導体層SLの内部に固相拡散されることを防ぐことが好ましい場合には、固相拡散を抑制したい側壁上に保護用の絶縁膜(ライナー膜)を形成することが好ましい。ライナー膜はたとえば熱酸化法や窒化処理、プラズマCVD法を用いて形成される、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜であることが好ましい。   If it is preferable to prevent impurities such as a group III element and a group V element from being solid-phase diffused into the semiconductor layer SL due to the characteristics of the element to be formed, It is preferable to form a protective insulating film (liner film). The liner film is preferably a silicon oxide film or a silicon nitride film formed using, for example, a thermal oxidation method, a nitriding treatment, or a plasma CVD method.

図10を参照して、各素子上を覆うように、かつ溝DTR内に中空SPを形成するように各素子上および溝DTR内に絶縁膜IIA(第1の絶縁膜)が形成される。この絶縁膜IIAは、たとえば1320nmの厚みのBP−TEOSにより形成される。この絶縁膜IIAの上面がたとえばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により研磨除去される。   Referring to FIG. 10, insulating film IIA (first insulating film) is formed on each element and in groove DTR so as to cover each element and to form hollow SP in groove DTR. This insulating film IIA is formed of, for example, BP-TEOS having a thickness of 1320 nm. The upper surface of the insulating film IIA is polished and removed by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

図11を参照して、上記のCMP法により、絶縁膜IIは上面を平坦化されて層間絶縁膜IIとなる。CMP法を用いてたとえば640nm研削することにより、層間絶縁膜IIの厚みは、たとえば680nmとされる。   Referring to FIG. 11, the upper surface of insulating film II is planarized by interlayer insulating film II by the above-described CMP method. By grinding, for example, 640 nm using the CMP method, the thickness of the interlayer insulating film II is, for example, 680 nm.

図12を参照して、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜IIおよび下敷き酸化膜NSGを貫通して半導体基板SUBの表面(シリサイド層SCの表面)に達するコンタクトホールCH(孔)が形成される。このコンタクトホールCHからは、たとえばソース領域やドレイン領域などの表面に形成されたシリサイド層SCの表面が露出する。   Referring to FIG. 12, contact holes CH (holes) that reach the surface of the semiconductor substrate SUB (surface of the silicide layer SC) through the interlayer insulating film II and the underlying oxide film NSG by ordinary photolithography and etching techniques. Is formed. From this contact hole CH, for example, the surface of the silicide layer SC formed on the surface of the source region, the drain region or the like is exposed.

図3を参照して、コンタクトホールCH内にプラグ導電層PLが形成される。この後、プラグ導電層PLを介して各素子の導電部分と電気的に接続するように層間絶縁膜II上に配線層ICLが形成される。   Referring to FIG. 3, plug conductive layer PL is formed in contact hole CH. Thereafter, wiring layer ICL is formed on interlayer insulating film II so as to be electrically connected to the conductive portion of each element through plug conductive layer PL.

プラグ導電層PLおよび配線層ICLは、たとえばアルミニウムからなる金属薄膜であることが好ましく、チタンとタングステンとの金属薄膜を積層したものであってもよい。あるいは窒化チタン(TiN)の薄膜をバリアメタルとして形成し、その上にアルミニウムの金属薄膜を積層した構成であってもよい。   Plug conductive layer PL and wiring layer ICL are preferably metal thin films made of aluminum, for example, and may be formed by laminating metal thin films of titanium and tungsten. Alternatively, a titanium nitride (TiN) thin film may be formed as a barrier metal, and an aluminum metal thin film may be stacked thereon.

以上により、図3に示す本実施の形態の半導体装置が製造される。
次に、DTI構造における溝DTR内に中空がある場合とない場合との特性の違いについて調べた結果を説明する。
Thus, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 3 is manufactured.
Next, the result of investigating the difference in characteristics between the case where there is a hollow in the groove DTR in the DTI structure and the case where there is no hollow is described.

本実施の形態の半導体装置の特性を調べるために、評価用ウェハを準備した。そのウェハの表面に配置される半導体チップのサンプルに対して耐圧の評価を行なった。   In order to examine the characteristics of the semiconductor device of this embodiment, an evaluation wafer was prepared. The pressure resistance of the semiconductor chip sample placed on the surface of the wafer was evaluated.

各半導体チップには、図13に示す評価TEGが形成されている。図13を参照して、この評価TEGは、平面視において領域Aと、その領域AとはDTI構造によって分けられた領域Bとを有している。領域AおよびBの各々は、半導体層SLの主表面に形成されたn型ウェル領域NWRと、そのn型ウェル領域NWR内の表面に形成されたn+領域NRとを有している。 Each semiconductor chip is formed with an evaluation TEG shown in FIG. Referring to FIG. 13, this evaluation TEG has a region A in a plan view and a region B separated from the region A by the DTI structure. Each of regions A and B has an n-type well region NWR formed on the main surface of semiconductor layer SL, and an n + region NR formed on the surface in n-type well region NWR.

溝DTRの幅が0.6μmから1.0μmへと大きくなるにしたがって、リーク電流が急激に大きくなり始める電圧の値が約400Vから約600Vへと大きくなっている。つまり溝DTRの幅が大きくなる方がリーク電流を抑え、溝DTRの耐圧が高くなることがわかった。溝DTRの幅(DTI幅)と、各TEGの耐圧との関係をグラフにしたものを図14に示す。   As the width of the trench DTR increases from 0.6 μm to 1.0 μm, the value of the voltage at which the leakage current starts to increase rapidly increases from about 400V to about 600V. That is, it was found that the larger the width of the trench DTR, the smaller the leakage current, and the higher the breakdown voltage of the trench DTR. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the width of the trench DTR (DTI width) and the breakdown voltage of each TEG.

図14を参照して、溝DTRの幅が0.6μmから1.0μmへと大きくなるにしたがって溝DTRの耐圧が約400Vから約600Vへと大きくなっている。溝DTRの幅を0.1μm大きくすると、平均して溝DTRの耐圧が60V高くなっていることがわかる。図14から溝DTRの幅が大きくなる方が溝DTRの耐圧が高くなることがわかった。   Referring to FIG. 14, as the width of groove DTR increases from 0.6 μm to 1.0 μm, the withstand voltage of groove DTR increases from about 400V to about 600V. It can be seen that when the width of the trench DTR is increased by 0.1 μm, the breakdown voltage of the trench DTR is increased by 60 V on average. FIG. 14 shows that the withstand voltage of the trench DTR increases as the width of the trench DTR increases.

次に、溝DTRの近傍における半導体層SL表面の応力について調べた結果について説明する。   Next, the results of examining the stress on the surface of the semiconductor layer SL in the vicinity of the trench DTR will be described.

この応力の測定は、溝DTRの近傍における半導体層SLの表面に不純物領域よりなる抵抗を形成し、その抵抗値を測定することにより行なった。具体的には、図15および図16に示すように、平面視において溝DTRに平行に配置したシート抵抗SHRと、図17および図18に示すように平面視において溝DTRに直交に配置したシート抵抗SHRとの各抵抗値が、応力の影響により異なる特性を示すことを利用して応力の測定を行なった。   This stress was measured by forming a resistance composed of an impurity region on the surface of the semiconductor layer SL in the vicinity of the trench DTR and measuring the resistance value. Specifically, as shown in FIGS. 15 and 16, the sheet resistance SHR arranged in parallel to the groove DTR in plan view, and the sheet arranged orthogonal to the groove DTR in plan view as shown in FIGS. The stress was measured by utilizing the fact that each resistance value with the resistor SHR exhibits different characteristics due to the influence of the stress.

図15の平行配置TEGおよび図17の直交配置TEGのいずれとも溝DTRの深さは約5μm、幅は約0.8μmであり、その溝DTRによって取り囲まれる半導体層SLの平面形状は約100μm×約100μmである。また図15の平行配置TEGおよび図17の直交配置TEGのいずれにおいても、シート抵抗SHRの平行形状は約20μm×約2μmであり、シート抵抗SHRの深さ(拡散深さ)は約0.6μmである。   In both the parallel arrangement TEG in FIG. 15 and the orthogonal arrangement TEG in FIG. 17, the depth of the trench DTR is about 5 μm and the width is about 0.8 μm. The planar shape of the semiconductor layer SL surrounded by the trench DTR is about 100 μm × About 100 μm. In both the parallel arrangement TEG in FIG. 15 and the orthogonal arrangement TEG in FIG. 17, the parallel shape of the sheet resistance SHR is about 20 μm × about 2 μm, and the depth (diffusion depth) of the sheet resistance SHR is about 0.6 μm. It is.

図15の平行配置TEGおよび図17の直交配置TEGのいずれにおいてもシート抵抗SHRの平面形状の長手方向に電流が流される。つまり、図15の平行配置TEGにおいてはシート抵抗SHRの電流方向に対して垂直方向に応力がかかっていることになり、また図17の直交配置TEGにおいてはシート抵抗SHRの電流方向に対して平行方向に応力がかかっていることになる。   In both the parallel arrangement TEG in FIG. 15 and the orthogonal arrangement TEG in FIG. 17, a current flows in the longitudinal direction of the planar shape of the sheet resistance SHR. That is, in the parallel arrangement TEG in FIG. 15, stress is applied in a direction perpendicular to the current direction of the sheet resistance SHR, and in the orthogonal arrangement TEG in FIG. 17, parallel to the current direction of the sheet resistance SHR. The direction is stressed.

シート抵抗SHRの抵抗値は、このシート抵抗SHRに電圧を印加したときにシート抵抗SHRに流れる電流値を測定することにより行なった。また、この測定は図15および図16に示す平行配置TEGにおいてはシート抵抗SHRと溝DTRとの距離を1〜20μmの範囲で変化させて行ない、図17および図18に示す直交配置TEGにおいてはシート抵抗SHRと溝DTRとの距離を2〜20μmの範囲で変化させて行なった。   The resistance value of the sheet resistance SHR was determined by measuring the value of the current flowing through the sheet resistance SHR when a voltage was applied to the sheet resistance SHR. Further, this measurement is performed by changing the distance between the sheet resistance SHR and the groove DTR in the range of 1 to 20 μm in the parallel arrangement TEG shown in FIGS. 15 and 16, and in the orthogonal arrangement TEG shown in FIGS. 17 and 18. This was performed by changing the distance between the sheet resistance SHR and the groove DTR in the range of 2 to 20 μm.

溝DTRの内部に中空SPが存在しない場合には、シート抵抗SHRと溝DTRとの距離が短くなるにつれ、その抵抗値の変化が顕著となった。特に図15や図16に示す「DTRと平行」の場合は、溝DTRからの距離が1μmの場合にシート抵抗SHRの抵抗値の変化割合が15%近くになっている。   When the hollow SP does not exist inside the groove DTR, the change in the resistance value becomes remarkable as the distance between the sheet resistance SHR and the groove DTR becomes shorter. In particular, in the case of “parallel to DTR” shown in FIGS. 15 and 16, when the distance from the groove DTR is 1 μm, the change rate of the resistance value of the sheet resistance SHR is close to 15%.

これに対して、溝DTRの内部に中空SPが存在する場合には、シート抵抗SHRと溝DTRとの距離が変化しても、シート抵抗SHRの抵抗値はほとんど変化しない結果となった。このことは、溝DTRの内部に中空SPを設けた場合には、溝DTRの内部における応力が小さくなることを意味する。よって、溝DTRの内部に中空SPが生じるように、その溝DTR内に絶縁膜を形成することで半導体層SL表面に応力が生じることを抑制できることがわかった。   On the other hand, when the hollow SP exists inside the groove DTR, the resistance value of the sheet resistance SHR hardly changed even if the distance between the sheet resistance SHR and the groove DTR changed. This means that when the hollow SP is provided inside the groove DTR, the stress inside the groove DTR is reduced. Therefore, it has been found that by forming an insulating film in the trench DTR so that a hollow SP is generated in the trench DTR, it is possible to suppress the stress from being generated on the surface of the semiconductor layer SL.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、図4〜図9に示すように高耐圧MOSトランジスタなどの素子が完成した後にDTI構造の溝DTRが形成されるため、その溝DTRを層間絶縁膜IIで埋め込むことが可能となる。これにより、溝DTRを埋め込む絶縁膜を層間絶縁膜とは別途に形成する必要がなくなるため、製造方法における工程数を大幅に削減することができる。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
According to the present embodiment, as shown in FIGS. 4 to 9, since the trench DTR having the DTI structure is formed after the elements such as the high voltage MOS transistor are completed, the trench DTR is buried with the interlayer insulating film II. Is possible. This eliminates the need to form an insulating film for filling the trench DTR separately from the interlayer insulating film, so that the number of steps in the manufacturing method can be greatly reduced.

また高耐圧MOSトランジスタなどの素子が完成した後にDTI構造の溝DTRが形成される。素子完成後の製造フローでは素子完成前の製造フローよりも溝DTR内を埋め込む絶縁膜表面がウエットエッチングにさらされる回数が少ない。このため、その溝DTR内に中空SPが存在していても、その中空SPが表面に露出することは抑制される。これにより、表面に露出した中空SP内にレジストなどの異物が入り込むことがないため、製造途中でその中空SP内の異物が噴出すことによるパターンの欠陥が生じることも防止できる。   Further, after completion of an element such as a high voltage MOS transistor, a trench DTR having a DTI structure is formed. In the manufacturing flow after element completion, the number of times that the surface of the insulating film filling the trench DTR is exposed to wet etching is smaller than that in the manufacturing flow before element completion. For this reason, even if the hollow SP is present in the groove DTR, the exposure of the hollow SP to the surface is suppressed. Thereby, since foreign substances, such as a resist, do not enter into the hollow SP exposed on the surface, it is possible to prevent the occurrence of pattern defects due to the ejection of foreign substances in the hollow SP during the production.

また溝DTR内に積極的に中空SPを形成することで、図14を用いて説明したように、DTI構造により分離された素子のリーク電流を抑制することができ、耐圧を高めることができる。   Further, by actively forming the hollow SP in the trench DTR, as described with reference to FIG. 14, the leakage current of the element separated by the DTI structure can be suppressed, and the breakdown voltage can be increased.

また溝DTR内に積極的に中空SPを形成することで、溝DTR近傍における半導体層SLの応力を低減することができる。これは、溝DTR内部のシリコン酸化膜と、シリコンとの熱膨張係数の差により発生する応力を、空隙である中空SPが緩和することができるためである。溝DTR近傍における半導体層SLの応力を低減することにより、半導体層SL内における結晶欠陥の発生を抑制することができる。   Further, by actively forming the hollow SP in the groove DTR, the stress of the semiconductor layer SL in the vicinity of the groove DTR can be reduced. This is because the hollow SP, which is a void, can relieve the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the silicon oxide film inside the trench DTR and silicon. By reducing the stress of the semiconductor layer SL in the vicinity of the trench DTR, generation of crystal defects in the semiconductor layer SL can be suppressed.

また、高耐圧MOSトランジスタなどの素子が完成した後にDTI構造の溝DTRが形成されるため、素子の形成中に素子形成領域DFR(図1参照)における半導体層SLなどの内部に形成される異物(金属不純物など)CNTを、ゲッタリングサイトGT(図1参照)に集めることができる。このことについて以下に、図19〜図21を参照しながら説明する。   Further, since the trench DTR having the DTI structure is formed after the element such as the high voltage MOS transistor is completed, the foreign matter formed inside the semiconductor layer SL in the element formation region DFR (see FIG. 1) during the element formation. CNTs (such as metal impurities) can be collected at the gettering site GT (see FIG. 1). This will be described below with reference to FIGS.

図19を参照して、半導体基板SUBのうち最終的に素子が形成される予定の素子形成領域DFRを取り囲むようにゲッタリングサイトGTが形成される。この後、図20に示すようにフィールド酸化膜FOが形成され、さらに図21に示すようにフィールド酸化膜FOおよび半導体層SLを貫通するように溝DTRが形成される。   Referring to FIG. 19, gettering site GT is formed so as to surround element formation region DFR in which an element is finally formed in semiconductor substrate SUB. Thereafter, field oxide film FO is formed as shown in FIG. 20, and trench DTR is formed so as to penetrate field oxide film FO and semiconductor layer SL as shown in FIG.

たとえば図20に示すように、溝DTRが形成される前の時点で半導体層SLの内部に異物CNTが入った場合、半導体基板SUBに対するプロセス中の熱処理により、異物CNTは半導体層SLの内部を移動してゲッタリングサイトGTに吸収される。しかし図21に示すように溝DTRが形成された後に、溝DTRに取り囲まれた素子形成領域DFRにおける半導体層SLの内部に異物CNTが入れば、後工程における熱処理時においても異物CNTがゲッタリングサイトGTの方へ移動することができなくなる。つまり異物CNTは溝DTRに取り囲まれた領域(素子形成領域DFR)の内部に取り残される。異物CNTが半導体層SLの内部に貯留すれば、半導体基板SUBの表面に形成される素子の特性が劣化する可能性があるため、高効率にゲッタリングがなされることが好ましい。   For example, as shown in FIG. 20, when the foreign substance CNT enters the semiconductor layer SL before the trench DTR is formed, the foreign substance CNT moves inside the semiconductor layer SL by heat treatment during the process on the semiconductor substrate SUB. It moves and is absorbed by the gettering site GT. However, if the foreign matter CNT enters the semiconductor layer SL in the element formation region DFR surrounded by the trench DTR after the trench DTR is formed as shown in FIG. 21, the foreign matter CNT is gettered even during the heat treatment in the subsequent process. It becomes impossible to move toward the site GT. That is, the foreign substance CNT is left inside the region (element formation region DFR) surrounded by the trench DTR. If the foreign substance CNT is stored in the semiconductor layer SL, the characteristics of the element formed on the surface of the semiconductor substrate SUB may be deteriorated. Therefore, gettering is preferably performed with high efficiency.

素子形成領域DFRに素子が形成され終わった後に溝DTRが形成される本実施の形態の製造方法は、異物CNTのゲッタリングができる時間が長くなる。したがって、より確実に半導体層SLの内部の異物CNTをゲッタリングすることができる。   In the manufacturing method of the present embodiment in which the trench DTR is formed after the elements are formed in the element formation region DFR, the time during which the foreign matter CNT can be gettered becomes longer. Therefore, the foreign matter CNT inside the semiconductor layer SL can be gettered more reliably.

さらに本実施の形態においては支持基板SS上に埋め込み絶縁膜BOX(シリコン酸化膜)が配置された半導体基板SUBを用いている。このため、溝DTRの壁面に沿って拡散領域を形成することで、溝DTRの側面に形成されるダメージ層を通るリーク電流を抑制することができる。このことについて以下に、図22〜図23を参照しながら説明する。   Further, in the present embodiment, a semiconductor substrate SUB in which a buried insulating film BOX (silicon oxide film) is disposed on the support substrate SS is used. For this reason, by forming the diffusion region along the wall surface of the trench DTR, it is possible to suppress the leakage current passing through the damage layer formed on the side surface of the trench DTR. This will be described below with reference to FIGS.

まず図22を用いて半導体基板がSOI基板ではなくバルクのシリコン基板よりなる場合について説明する。   First, the case where the semiconductor substrate is not a SOI substrate but a bulk silicon substrate will be described with reference to FIG.

図22(A)を参照して、半導体基板SUBに溝DTRを形成する際、溝DTRの壁部にエッチングのダメージ(結晶欠陥)が生じる。このため、溝DTRの壁部にn型半導体領域NSRとp型半導体領域PSRとのpn接合があると、上記エッチングダメージを介してそのpn接合部にリーク電流が発生する。   Referring to FIG. 22A, when the trench DTR is formed in the semiconductor substrate SUB, etching damage (crystal defect) occurs in the wall portion of the trench DTR. For this reason, if there is a pn junction between the n-type semiconductor region NSR and the p-type semiconductor region PSR in the wall portion of the trench DTR, a leakage current is generated in the pn junction portion due to the etching damage.

このリーク電流の発生を防止するために、溝DTRのエッチングダメージが生じた壁部に図22(B)に示すようなn型またはp型の拡散領域SDRを形成することも考えられる。つまり拡散領域SDRを形成することで、溝DTRに接する部分にpn接合が形成されなくなり、pn接合でのリーク電流の発生を防止することができる。   In order to prevent the occurrence of this leakage current, it is conceivable to form an n-type or p-type diffusion region SDR as shown in FIG. 22B on the wall portion where the etching damage of the trench DTR has occurred. In other words, by forming the diffusion region SDR, a pn junction is not formed at a portion in contact with the trench DTR, and generation of a leakage current at the pn junction can be prevented.

しかし、半導体基板SUBにバルクのシリコン基板を用いた場合にこのような拡散領域SDRを形成すると、拡散領域SDRによってp型半導体領域PSR同士が電気的に接続される恐れがあり、溝DTRによる電気的分離の意味がなくなる。このため、半導体基板SUBにバルクのシリコン基板を用いた場合には、上記エッチングダメージによる結晶欠陥をなくするために、結晶性回復のための熱処理が必要となり、製造工程が複雑となる。   However, when such a diffusion region SDR is formed when a bulk silicon substrate is used as the semiconductor substrate SUB, the p-type semiconductor regions PSR may be electrically connected to each other by the diffusion region SDR. The meaning of automatic separation is lost. For this reason, when a bulk silicon substrate is used as the semiconductor substrate SUB, a heat treatment for recovering crystallinity is required to eliminate crystal defects due to the etching damage, and the manufacturing process becomes complicated.

次に図23を用いて半導体基板SUBがSOI基板よりなる場合について説明する。
図23(A)を参照して、半導体基板SUBがSOI基板よりなる場合にも、溝DTRの壁部に接する部分にn型半導体領域NSRとp型半導体領域PSRとのpn接合部があると、溝DTRの壁部のエッチングダメージを介して、そのpn接合部にリーク電流が生じる。しかし、図23(B)に示すように、溝DTRの壁部に沿って拡散領域SDRを形成することによって、溝DTRの壁部に接する部分にpn接合が位置することはなくなる。このため、そのpn接合部において上記エッチングダメージを介したリーク電流の発生を防止することができる。
Next, the case where the semiconductor substrate SUB is made of an SOI substrate will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 23A, even when the semiconductor substrate SUB is formed of an SOI substrate, if there is a pn junction between the n-type semiconductor region NSR and the p-type semiconductor region PSR at a portion in contact with the wall portion of the trench DTR. A leak current is generated at the pn junction through etching damage to the wall of the trench DTR. However, as shown in FIG. 23B, by forming the diffusion region SDR along the wall portion of the trench DTR, the pn junction is not located at a portion in contact with the wall portion of the trench DTR. For this reason, generation | occurrence | production of the leakage current through the said etching damage can be prevented in the pn junction part.

また、本実施の形態では半導体基板SUBがSOI基板であり溝DTRが埋め込み絶縁膜BOXに達するように形成されているため、溝DTRの両側に形成された拡散領域SDR同士は、埋め込み絶縁膜BOXによって互いに電気的に分離されている。このため、拡散領域SDRによって、溝DTRの両側のp型半導体領域PSR同士が互いに電気的に接続されることもない。   In this embodiment, since the semiconductor substrate SUB is an SOI substrate and the trench DTR is formed so as to reach the buried insulating film BOX, the diffusion regions SDR formed on both sides of the trench DTR are connected to each other by the buried insulating film BOX. Are electrically separated from each other. For this reason, the p-type semiconductor regions PSR on both sides of the trench DTR are not electrically connected to each other by the diffusion region SDR.

さらに、この拡散領域SDRを層間絶縁膜IIに含まれる不純物(ボロン、リンなどのIII族元素やV族元素)の固相拡散により形成することができる。この場合、拡散領域SDRを形成するための別途の不純物のイオン注入などの工程も不要となり、製造工程を簡略化することもできる。また結晶性回復のための熱処理も不要となってさらに製造工程を簡略化することができる。   Furthermore, this diffusion region SDR can be formed by solid phase diffusion of impurities (group III elements such as boron and phosphorus and group V elements) contained in the interlayer insulating film II. In this case, a process such as ion implantation of a separate impurity for forming the diffusion region SDR becomes unnecessary, and the manufacturing process can be simplified. Further, the heat treatment for recovering the crystallinity is not required, and the manufacturing process can be further simplified.

溝DTRの側面から半導体層SLの内部へのIII族元素などの不純物の固相拡散は極めて均一に行なわれる。つまり固相拡散領域SDRの内部における電位は領域内でほぼ一定となる。このため固相拡散領域SDRの内部を、特に複数並んだエッチングダメージ間を縫うようにリーク電流が流れることを抑制することができる。   Solid phase diffusion of impurities such as group III elements from the side surface of the trench DTR into the semiconductor layer SL is performed extremely uniformly. That is, the potential inside the solid phase diffusion region SDR is substantially constant within the region. For this reason, it is possible to suppress the leakage current from flowing so as to sew the inside of the solid phase diffusion region SDR, particularly between a plurality of etching damages.

また本実施の形態のようにSOI基板よりなる半導体基板SUBを用いれば、溝DTRの内部の電界に基づく溝DTRの真の耐圧を調べることができる。たとえば埋め込み絶縁膜BOXを有さないバルクの半導体基板SUBに溝DTRが形成された半導体装置においても、溝DTRの内部に中空SPが存在すれば溝DTRの内部の電界が小さくなり、溝DTRの耐圧が向上する。しかしここでの耐圧とは図22に示すp型半導体領域PSRとn型半導体領域NSRとがなすpn接合の耐圧であり、溝DTRの真の耐圧との間には誤差が存在する。しかし埋め込み絶縁膜BOXを備える半導体基板SUBにおいては、溝DTRの内部の真の耐圧を高精度に調べることができる。   If the semiconductor substrate SUB made of an SOI substrate is used as in this embodiment, the true breakdown voltage of the trench DTR based on the electric field inside the trench DTR can be examined. For example, even in a semiconductor device in which a trench DTR is formed in a bulk semiconductor substrate SUB that does not have a buried insulating film BOX, if a hollow SP exists in the trench DTR, the electric field inside the trench DTR is reduced, and the trench DTR The breakdown voltage is improved. However, the breakdown voltage here is the breakdown voltage of the pn junction formed by the p-type semiconductor region PSR and the n-type semiconductor region NSR shown in FIG. 22, and there is an error between the true breakdown voltage of the trench DTR. However, in the semiconductor substrate SUB provided with the buried insulating film BOX, the true breakdown voltage inside the trench DTR can be examined with high accuracy.

(実施の形態2)
本実施の形態は、実施の形態1と比較して、溝DTRおよび下敷き酸化膜NSGの構成および製造方法において異なっている。以下、本実施の形態の構成について説明する。
(Embodiment 2)
The present embodiment is different from the first embodiment in the structure and manufacturing method of the trench DTR and the underlying oxide film NSG. Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described.

図24に示すように、実施の形態1では半導体層SLにおける溝DTRの幅W1は下敷き酸化膜NSGにおける溝DTRの幅W2とほぼ同じである。これに対し実施の形態2の溝DTRでは、図25および図26を参照して、溝DTRの底部(溝DTRの最下部)の幅W1が、下敷き酸化膜NSG(第2の絶縁膜)における溝DTRの幅W2(下敷き酸化膜NSGを貫通する貫通孔の幅)よりも大きくなっている。   As shown in FIG. 24, in the first embodiment, the width W1 of the trench DTR in the semiconductor layer SL is substantially the same as the width W2 of the trench DTR in the underlying oxide film NSG. On the other hand, in trench DTR of the second embodiment, referring to FIG. 25 and FIG. 26, the width W1 of the bottom of trench DTR (the lowermost portion of trench DTR) is the underlying oxide film NSG (second insulating film). The width is larger than the width W2 of the trench DTR (the width of the through hole penetrating the underlying oxide film NSG).

図25および図26に示す下敷き酸化膜NSGの貫通孔(下敷き酸化膜NSGにおける溝DTR)の幅W2は、図24に示す実施の形態1の下敷き酸化膜NSGの貫通孔の幅W2と同じであるとする。ここで図25のように半導体層SLの溝DTRの幅W2中その溝DTRの深さ方向全体にわたってほぼ均一な幅で、かつ下敷き酸化膜NSGの溝DTRの幅W2よりも大きくなっていてもよい。あるいは図26のように半導体層SLの溝DTRの幅W1は、溝DTRの底部に近づくにつれて(埋め込み絶縁膜BOXに近づくにつれて)広くなっていてもよい。   The width W2 of the through hole (groove DTR in the underlying oxide film NSG) of the underlying oxide film NSG shown in FIGS. 25 and 26 is the same as the width W2 of the through hole of the underlying oxide film NSG of the first embodiment shown in FIG. Suppose there is. Here, as shown in FIG. 25, even if the width W2 of the trench DTR of the semiconductor layer SL is substantially uniform over the entire depth direction of the trench DTR and is larger than the width W2 of the trench DTR of the underlying oxide film NSG. Good. Alternatively, as shown in FIG. 26, the width W1 of the trench DTR of the semiconductor layer SL may become wider as it approaches the bottom of the trench DTR (as it approaches the buried insulating film BOX).

図24〜図26においては溝DTRの形状のみを示しており、溝DTRの内部の層間絶縁膜IIやフィールド酸化膜FOについては、説明の便宜上、図示が省略されている。図25の形状を有する溝DTRが形成された半導体装置は図27のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図28のようになる。図26の形状を有する溝DTRが形成された半導体装置は図29のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図30のようになる。図27および図29は、実施の形態1における図3に相当する図である。図28および図30に示す下敷き酸化膜NSGの貫通孔PRCHの幅は、実施の形態1の下敷き酸化膜NSGの貫通孔の幅とほぼ同じである。   24 to 26 show only the shape of the trench DTR, and the interlayer insulating film II and the field oxide film FO inside the trench DTR are not shown for convenience of explanation. The semiconductor device in which the trench DTR having the shape of FIG. 25 is formed has an aspect as shown in FIG. 27, and an enlarged view of the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG. The semiconductor device in which the trench DTR having the shape of FIG. 26 is formed is as shown in FIG. 29, and an enlarged view of the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG. 27 and 29 are diagrams corresponding to FIG. 3 in the first embodiment. The width of through hole PRCH in underlying oxide film NSG shown in FIGS. 28 and 30 is substantially the same as the width of the through hole in underlying oxide film NSG of the first embodiment.

なお、本実施の形態の構成は、上記以外は実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、図27〜図30において実施の形態1と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。   Since the configuration of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment except for the above, the same elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals in FIGS. Do not repeat the explanation.

次に、本実施の形態の製造方法について説明する。
本実施の形態の製造方法は、図4〜図8に示す実施の形態1と同様の工程を経る。この図8の溝DTRA付近の構成を簡略化しかつ拡大して図31に示す。この後、フォトレジストPHRが除去されて、下敷き酸化膜NSGをマスクとして半導体層SLにエッチングを施すことにより、埋め込み絶縁膜BOXに達する溝DTRが形成される。この溝DTR形成のエッチング方法または条件を実施の形態1の条件から変更することにより、図25または図26に示す形状の溝DTRが形成される。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described.
The manufacturing method of the present embodiment undergoes the same steps as in the first embodiment shown in FIGS. The configuration in the vicinity of the groove DTRA in FIG. 8 is simplified and enlarged and shown in FIG. Thereafter, the photoresist PHR is removed, and the semiconductor layer SL is etched using the underlying oxide film NSG as a mask, thereby forming a trench DTR reaching the buried insulating film BOX. By changing the etching method or conditions for forming the trench DTR from the conditions of the first embodiment, the trench DTR having the shape shown in FIG. 25 or FIG. 26 is formed.

具体的に図25に示す幅広の溝DTRの形成においては、実施の形態1と同様の条件で溝DTRを形成した後に、溝DTRの幅を広げるためにウェットエッチングが行なわれる。このウェットエッチングによってシリコンよりなる半導体層SLが、シリコン酸化膜よりなる下敷き酸化膜NSGおよびフィールド酸化膜FOに対して優先的に除去されて、溝DTRの半導体層SL部の幅が広がる。   Specifically, in the formation of the wide trench DTR shown in FIG. 25, after the trench DTR is formed under the same conditions as in the first embodiment, wet etching is performed to increase the width of the trench DTR. By this wet etching, the semiconductor layer SL made of silicon is preferentially removed with respect to the underlying oxide film NSG made of the silicon oxide film and the field oxide film FO, and the width of the semiconductor layer SL portion of the trench DTR is widened.

また図26に示すテーパ形状の溝DTRの形成においては、図31に示す状態からフォトレジストPHRが除去された後の半導体層SLのエッチング条件が実施の形態1とは異なる。実施の形態1の溝DTRを形成する際のエッチングにおいては、一例として4Paの圧力下でAr(アルゴン)ガスとSF6(六フッ化硫黄)ガスとO2(酸素)ガスとがそれぞれ50sccm、60sccm、25sccmの条件で供給され、40Wの高周波電力を供給した状態が120秒間保持される。これに対して、図26に示す本実施の形態のテーパ形状の溝DTRを形成する際のエッチングにおいては、一例として3Paの圧力下でArガスとSF6ガスとO2ガスとがそれぞれ250sccm、50sccm、30sccmの条件で供給され、50Wの高周波電力を供給した状態が160秒間保持される。 In the formation of the tapered groove DTR shown in FIG. 26, the etching conditions of the semiconductor layer SL after the photoresist PHR is removed from the state shown in FIG. In the etching for forming the trench DTR of the first embodiment, as an example, Ar (argon) gas, SF 6 (sulfur hexafluoride) gas, and O 2 (oxygen) gas are each 50 sccm under a pressure of 4 Pa, It is supplied under the conditions of 60 sccm and 25 sccm, and a state in which high frequency power of 40 W is supplied is maintained for 120 seconds. On the other hand, in the etching for forming the tapered groove DTR of the present embodiment shown in FIG. 26, Ar gas, SF 6 gas, and O 2 gas are each 250 sccm under a pressure of 3 Pa, as an example. It is supplied under the conditions of 50 sccm and 30 sccm, and the state in which high frequency power of 50 W is supplied is maintained for 160 seconds.

シリコンからなる半導体層SLがエッチングされる際には、図32に示すように、シリコンSiとSF6ガス中のフッ素(F)のイオンIONとが反応してSiFxが生成される。SiFxが形成されることにより半導体層SLのSiは削り取られる。 When the semiconductor layer SL made of silicon is etched, as shown in FIG. 32, silicon Si and fluorine (F) ions ION in SF 6 gas react to generate SiF x . By forming SiF x , Si in the semiconductor layer SL is scraped off.

またシリコンSiとO2ガスとが反応することにより、溝の側面には側壁保護膜PFMが形成される。側壁保護膜PFMは、図32における左右方向に深くエッチングがなされることを抑制するものである。つまり側壁保護膜PFMが形成されることにより、エッチングは図32の横方向にはあまり進行せず、図32の上下方向に(深く掘られるように)進行する。またアルゴンガスは上記の反応を中和するために添加される。 Further, the side wall protective film PFM is formed on the side surface of the groove by the reaction between silicon Si and O 2 gas. Sidewall protective film PFM suppresses deep etching in the left-right direction in FIG. That is, by forming the sidewall protective film PFM, the etching does not progress so much in the lateral direction of FIG. 32, but progresses in the vertical direction of FIG. 32 (so as to be deeply dug). Argon gas is added to neutralize the above reaction.

このようにして図33に示すように、下敷き酸化膜NSGなどに溝が掘られた領域の直下の半導体層SLが選択的にエッチングされ、溝DTRが形成される。このようなエッチングメカニズムにおいて本実施の形態における上記エッチング条件を採用することにより図26に示すテーパ形状の溝DTRが形成可能である。   In this way, as shown in FIG. 33, the semiconductor layer SL immediately below the region where the groove is dug in the underlying oxide film NSG or the like is selectively etched to form the groove DTR. By adopting the above etching conditions in this embodiment in such an etching mechanism, a tapered groove DTR shown in FIG. 26 can be formed.

この後、図10〜図12に示す実施の形態1と同様の工程を経ることにより、本実施の形態2の半導体装置が製造される。   Thereafter, the semiconductor device of the second embodiment is manufactured through the same steps as those of the first embodiment shown in FIGS.

次に本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、溝DTRの底部の幅W1が大きいため耐圧を大きく確保できるとともに、溝DTRの開口幅W2が小さいため、後工程のエッチングにより溝DTR内の中空SPが外部に露出してしまうことを防止できる。以下、そのことを説明する。
Next, the function and effect of this embodiment will be described.
In the present embodiment, since the bottom width W1 of the trench DTR is large, a large withstand voltage can be secured, and since the opening width W2 of the trench DTR is small, the hollow SP in the trench DTR is exposed to the outside by etching in a later process. Can be prevented. This will be described below.

実施の形態1において溝DTRの幅を大きくすれば、溝DTRによる耐圧を向上させることができる。   If the width of the trench DTR is increased in the first embodiment, the breakdown voltage due to the trench DTR can be improved.

しかし、図34〜図37に示すようにウェハ中心部の溝DTRの幅がCADの設計時の寸法において0.8〜1.0μmと大きくなるにつれて、溝DTR内の中空SPの頂点(中空頂点SPT)はCMP法による研磨後の界面に近づき、溝DTRの幅が1.1μmでは中空SPが十分にキャッピングされないことがわかる。また、図38〜図41に示すようにウェハ周辺部の溝DTRの幅がCADの設計時の寸法において0.8〜1.1μmと大きくなった場合も上記と同様に、中空SPの頂点がCMP法による研磨後界面に近づくことがわかる。このため、実施の形態1の構成においては、溝DTRの幅を広くすると中空頂点SPTから層間絶縁膜IIの上側の表面までの距離が短くなり、場合によっては中空頂点SPTが層間絶縁膜IIの上側の表面を突き抜ける可能性がある。これは溝DTRの幅が大きいほど、中空頂点SPTが半導体層SLの上側の表面に比べて高い位置に存在するようになるためである。一例として図36に示すように、溝DTRの幅が1.0μmである素子形成領域DFRの、中空頂点SPTから下敷き酸化膜NSGの頂点までの距離は1680Å(168nm)である。   However, as shown in FIGS. 34 to 37, as the width of the groove DTR at the center of the wafer increases to 0.8 to 1.0 μm in the CAD design dimension, the apex of the hollow SP (hollow apex in the groove DTR). SPT) approaches the interface after polishing by the CMP method, and it can be seen that the hollow SP is not sufficiently capped when the width of the groove DTR is 1.1 μm. Also, as shown in FIGS. 38 to 41, when the width of the groove DTR in the peripheral portion of the wafer is as large as 0.8 to 1.1 μm in the CAD design dimension, the top of the hollow SP is also similar to the above. It can be seen that it approaches the interface after polishing by the CMP method. For this reason, in the configuration of the first embodiment, when the width of the trench DTR is increased, the distance from the hollow vertex SPT to the upper surface of the interlayer insulating film II is shortened. There is a possibility to penetrate the upper surface. This is because as the width of the trench DTR is larger, the hollow vertex SPT is present at a higher position than the upper surface of the semiconductor layer SL. As an example, as shown in FIG. 36, the distance from the hollow apex SPT to the apex of the underlying oxide film NSG in the element formation region DFR in which the width of the trench DTR is 1.0 μm is 1680 mm (168 nm).

図42の概略断面図においては、溝DTRの幅(DTI幅)をWで示し、半導体層SLの上部の表面から中空頂点SPTまでの上下方向の距離をHで示している。Wを変化させたときのHの変化を、素子形成領域DFRおよび素子形成領域DFRの周辺領域のそれぞれに形成された溝DTRに対して調べた結果が図43である。   In the schematic cross-sectional view of FIG. 42, the width (DTI width) of the trench DTR is denoted by W, and the vertical distance from the upper surface of the semiconductor layer SL to the hollow vertex SPT is denoted by H. FIG. 43 shows the result of examining the change in H when W is changed with respect to the trench DTR formed in each of the element formation region DFR and the peripheral region of the element formation region DFR.

図43のグラフの横軸は図42のWの値を示しており、縦軸は図42のHの値を示している。そしてプロットされた印のうちひし形の「中心」は半導体チップSCCの中心領域に形成された素子形成領域DFRに形成された溝DTRを示し、正方形の「周辺」は半導体チップSCCの周辺領域に形成された素子形成領域DFRに形成された溝DTRを示す。   The horizontal axis of the graph in FIG. 43 represents the value of W in FIG. 42, and the vertical axis represents the value of H in FIG. Of the plotted marks, the diamond “center” indicates the trench DTR formed in the element formation region DFR formed in the central region of the semiconductor chip SCC, and the square “periphery” is formed in the peripheral region of the semiconductor chip SCC. The trench DTR formed in the formed element formation region DFR is shown.

図43のグラフから、「中心」「周辺」ともに溝DTRの幅が広くなるほど半導体層SLの最上面からSP頂点(SPT)までの距離が大きくなることがわかる。言い換えれば、層間絶縁膜IIの最上面から中空頂点SPTまでの距離が小さくなることがわかる。   From the graph of FIG. 43, it can be seen that the distance from the top surface of the semiconductor layer SL to the SP vertex (SPT) increases as the width of the trench DTR increases in both “center” and “periphery”. In other words, it can be seen that the distance from the uppermost surface of the interlayer insulating film II to the hollow vertex SPT is reduced.

中空頂点SPTが高い位置に存在する結果、中空頂点SPTから層間絶縁膜IIの上側の表面までの距離が短くなれば、層間絶縁膜IIを形成した後に配線層ICLやプラグ導電層PLを形成する後工程(図3参照)を行なう際の熱処理により、中空頂点SPTが変形を起こすことがある。   If the distance from the hollow vertex SPT to the upper surface of the interlayer insulating film II becomes short as a result of the presence of the hollow vertex SPT at a high position, the wiring layer ICL and the plug conductive layer PL are formed after the interlayer insulating film II is formed. The hollow apex SPT may be deformed by heat treatment during the post-process (see FIG. 3).

具体的には、図44の写真に示す中空SPのように、層間絶縁膜IIの最上部から中空頂点SPTまでの距離が十分に高く、中空頂点SPTが尖った断面形状をしているのが好ましい状態である。このとき、中空頂点SPTの上に十分な厚みの層間絶縁膜IIが配置されていることになるため、中空頂点SPTが層間絶縁膜IIの上側の表面を突き抜ける可能性は低い。   Specifically, like the hollow SP shown in the photograph of FIG. 44, the distance from the top of the interlayer insulating film II to the hollow vertex SPT is sufficiently high, and the hollow vertex SPT has a sharp cross-sectional shape. This is a preferable state. At this time, since the interlayer insulating film II having a sufficient thickness is disposed on the hollow vertex SPT, the possibility that the hollow vertex SPT penetrates the upper surface of the interlayer insulating film II is low.

しかし、中空頂点SPTから層間絶縁膜IIまでの距離が短い(中空頂点SPTの上の層間絶縁膜IIが薄い)場合には、後工程においてたとえばTiN薄膜形成後の熱処理などにより、中空頂点SPTが膨張するように変形する。これは熱処理により中空SPを構成するガスが膨張するためである。図45および図46は層間絶縁膜II上にTiNをスパッタリングにより形成し、880℃で熱処理した後の状態を示している。   However, when the distance from the hollow apex SPT to the interlayer insulating film II is short (the interlayer insulating film II on the hollow apex SPT is thin), the hollow apex SPT is changed by, for example, heat treatment after forming the TiN thin film in the subsequent process. Deforms to expand. This is because the gas constituting the hollow SP expands due to the heat treatment. 45 and 46 show a state after TiN is formed on the interlayer insulating film II by sputtering and heat-treated at 880 ° C.

配線層ICLやプラグ導電層PLの形成時のエッチング時に、中空頂点SPT上の薄い層間絶縁膜IIも同時にエッチングされる。これにより、中空頂点SPTが層間絶縁膜IIを突き抜ける可能性がある。   During the etching for forming the wiring layer ICL and the plug conductive layer PL, the thin interlayer insulating film II on the hollow vertex SPT is also etched simultaneously. Thereby, the hollow vertex SPT may penetrate through the interlayer insulating film II.

図47を参照して、たとえばスパッタリングによりアルミニウム薄膜ICLA(まだエッチングされていない)が中空SP上の層間絶縁膜II上に形成された時点では、中空SP上のアルミニウム薄膜ICLAも中空SP以外の領域上のアルミニウム薄膜ICLAも、ほぼ同じ膜厚を有している。   47, when the aluminum thin film ICLA (not yet etched) is formed on the interlayer insulating film II on the hollow SP, for example, by sputtering, the aluminum thin film ICLA on the hollow SP is also a region other than the hollow SP. The upper aluminum thin film ICLA also has substantially the same film thickness.

しかしアルミニウム薄膜ICLAのパターニングにより溝DTR上(中空SP上)のアルミニウム薄膜ICLAが除去されると、そのエッチングで層間絶縁膜IIもある程度除去されるため、図48のように中空SPが層間絶縁膜IIを突き破ることがある。これはアルミニウムの下部の薄い層間絶縁膜IIが同時にエッチングされ、かつ中空SPの上部が膨張するためである。中空SPの上部の膨張が大きいほど、層間絶縁膜IIを突き破る可能性が高くなる。   However, when the aluminum thin film ICLA on the trench DTR (on the hollow SP) is removed by patterning the aluminum thin film ICLA, the interlayer insulating film II is also removed to some extent by the etching, so that the hollow SP becomes the interlayer insulating film as shown in FIG. May break through II. This is because the thin interlayer insulating film II under the aluminum is simultaneously etched and the upper part of the hollow SP expands. The greater the expansion of the upper part of the hollow SP, the higher the possibility of breaking through the interlayer insulating film II.

以上より、溝DTRの幅が広くなれば、中空頂点SPTが高くなり中空頂点SPT上の層間絶縁膜IIが薄くなる。すると後工程における熱処理時に中空SPの上部が膨張する変形を起こし、中空SP上の薄い層間絶縁膜IIを突き破る不具合が起こることがあるといえる。中空SP上の層間絶縁膜IIが突き破られれば、その後の成膜工程などで溝DTR内が完全に埋め込まれるおそれがあり、その場合に当該溝DTRにおいて素子を電気的に分離する機能が低下する。このことを考慮すれば、溝DTRの幅を狭くすることが好ましい。   As described above, when the width of the trench DTR is increased, the hollow vertex SPT is increased and the interlayer insulating film II on the hollow vertex SPT is thinned. Then, it can be said that the upper part of the hollow SP is deformed and deformed during heat treatment in a subsequent process, and a problem of breaking through the thin interlayer insulating film II on the hollow SP may occur. If the interlayer insulating film II on the hollow SP is broken through, there is a possibility that the inside of the trench DTR is completely buried in the subsequent film forming process, etc. In this case, the function of electrically isolating elements in the trench DTR is lowered. To do. Considering this, it is preferable to narrow the width of the trench DTR.

そこで実施の形態2のように、少なくとも溝DTRと連続するように形成された下敷き酸化膜NSGの貫通孔PRCHの幅を、半導体層SLの溝DTRの幅よりも小さくなるように形成する。逆に言えば上記のように、下敷き酸化膜NSGの貫通孔PRCHの幅は実施の形態1の溝DTRと同じとし、半導体層SLの溝DTRの幅を貫通孔PRCHの幅よりも大きくなるようにする。   Therefore, as in the second embodiment, the width of the through hole PRCH in the underlying oxide film NSG formed so as to be continuous with at least the trench DTR is formed to be smaller than the width of the trench DTR in the semiconductor layer SL. Conversely, as described above, the width of the through hole PRCH of the underlying oxide film NSG is the same as that of the trench DTR of the first embodiment, and the width of the trench DTR of the semiconductor layer SL is larger than the width of the through hole PRCH. To.

このようにすれば、溝DTRの大きい幅により溝DTRの耐圧を高めることができるとともに、溝DTRよりも貫通孔PRCHの幅が小さいことにより、中空SPの上部が変形して層間絶縁膜IIを突き抜ける不具合の発生を抑制することができる。   In this way, the withstand voltage of the trench DTR can be increased by the large width of the trench DTR, and the width of the through hole PRCH is smaller than that of the trench DTR, so that the upper portion of the hollow SP is deformed and the interlayer insulating film II is formed. It is possible to suppress the occurrence of defects that penetrate.

以上に述べた実施の形態2の溝DTRは、実施の形態1の溝DTRと同様の効果を奏する。ただし実施の形態2の溝DTRは、埋め込み絶縁膜BOXの存在しない半導体基板SUBに対して形成されてもよい。その場合の態様を図49〜図54に示す。   The groove DTR of the second embodiment described above has the same effect as the groove DTR of the first embodiment. However, the trench DTR of the second embodiment may be formed for the semiconductor substrate SUB in which the buried insulating film BOX is not present. The aspect in that case is shown in FIGS.

なお上記の図45および図46にて説明したTiNのスパッタリングによる形成後の熱処理の温度を800℃以下にすることにより、中空SPの上部が膨張するなどの変形を起こすことを抑制することができる。   In addition, by setting the temperature of the heat treatment after the formation by sputtering of TiN described in FIGS. 45 and 46 to 800 ° C. or less, it is possible to suppress deformation such as expansion of the upper part of the hollow SP. .

本発明の実施の形態2は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態1と異なる。すなわち、本発明の実施の形態2について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に順ずる。   The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention only in each point described above. That is, the configuration, conditions, procedures, effects, and the like that have not been described above for the second embodiment of the present invention are all in accordance with the first embodiment of the present invention.

(実施の形態3)
本実施の形態は、実施の形態1と比較して、溝DTRおよび下敷き酸化膜NSGの構成および製造方法において異なっている。以下、本実施の形態の構成について説明する。
(Embodiment 3)
The present embodiment is different from the first embodiment in the structure and manufacturing method of the trench DTR and the underlying oxide film NSG. Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described.

実施の形態3の溝DTRは、図55および図56を参照して、下敷き酸化膜NSG(第2の絶縁膜)における溝DTRの幅(下敷き酸化膜NSGを貫通する貫通孔の幅)が、溝DTRの開口端の幅(半導体層SLに形成される溝DTRの、下敷き酸化膜NSGに最も近い最上部における幅)よりも大きくなっている。この点において、実施の形態3の溝DTRは、図24に示す実施の形態1の溝DTRや図25に示す実施の形態2の溝DTRと異なる。   Referring to FIGS. 55 and 56, trench DTR of the third embodiment has a width of trench DTR in underlying oxide film NSG (second insulating film) (width of a through-hole penetrating underlying oxide film NSG). The width of the opening end of the trench DTR is larger than the width of the trench DTR formed in the semiconductor layer SL at the uppermost portion closest to the underlying oxide film NSG. In this respect, the groove DTR of the third embodiment is different from the groove DTR of the first embodiment shown in FIG. 24 and the groove DTR of the second embodiment shown in FIG.

図55および図56に示す溝DTRの開口端の幅(半導体層SLに形成される溝DTRの、下敷き酸化膜NSGに最も近い最上部における幅)は、図24に示す実施の形態1の溝DTRの幅と同じであるとする。ここで図55のように単純に下敷き酸化膜NSGにおける溝DTRの幅が、半導体層SLの溝DTRの開口端の幅より大きくなっていてもよい。あるいは図56のように、半導体層SLの断面における角部が切り取られた形状(テーパ形状)を形成していてもよい。   The width of the open end of groove DTR shown in FIGS. 55 and 56 (the width of the uppermost portion of groove DTR formed in semiconductor layer SL closest to underlying oxide film NSG) is the groove of the first embodiment shown in FIG. Assume that it is the same as the width of the DTR. Here, as shown in FIG. 55, the width of the trench DTR in the underlying oxide film NSG may be larger than the width of the opening end of the trench DTR in the semiconductor layer SL. Alternatively, as shown in FIG. 56, a shape (tapered shape) in which corners in the cross section of the semiconductor layer SL are cut off may be formed.

図55および図56においては溝DTRの形状のみを示しており、溝DTRやフィールド酸化膜FOについては、説明の便宜上、図示が省略されている。また図55および図56は埋め込み絶縁膜BOXを備える半導体基板SUBを用いて実施の形態3の溝DTRを形成した例を示している。しかし実施の形態3においても実施の形態2と同様に、埋め込み絶縁膜BOXの存在しないバルクのシリコンよりなる半導体基板SUBに対して溝DTRが形成されてもよい。その場合、図55は図57のようになり、図56は図58のようになる。   55 and 56 show only the shape of the trench DTR, and the trench DTR and the field oxide film FO are not shown for convenience of explanation. FIGS. 55 and 56 show an example in which the trench DTR of the third embodiment is formed using the semiconductor substrate SUB provided with the buried insulating film BOX. However, in the third embodiment, as in the second embodiment, the trench DTR may be formed in the semiconductor substrate SUB made of bulk silicon without the embedded insulating film BOX. In that case, FIG. 55 becomes like FIG. 57, and FIG. 56 becomes like FIG.

図55の形状を有する溝DTRが形成された半導体装置は図59のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図60のようになる。図56の形状を有する溝DTRが形成された半導体装置は図61のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図62のようになる。図57の形状を有する溝DTRが形成された半導体装置は図63のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図64のようになる。図58の形状を有する溝DTRが形成された半導体装置は図65のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図66のようになる。   The semiconductor device in which the trench DTR having the shape of FIG. 55 is formed is as shown in FIG. 59, and an enlarged view of the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG. The semiconductor device in which the trench DTR having the shape of FIG. 56 is formed has an aspect as shown in FIG. 61, and an enlarged view of the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG. The semiconductor device in which the trench DTR having the shape of FIG. 57 is formed has an aspect as shown in FIG. 63, and an enlarged view of the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG. The semiconductor device in which the trench DTR having the shape of FIG. 58 is formed has an embodiment as shown in FIG. 65, and an enlarged view of the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG.

図59、61、63、65は、実施の形態1における図3に相当する図である。図60、62、64、66に示す半導体層SLの溝DTRの幅は、実施の形態1の半導体層SLの溝DTRの幅とほぼ同じである。   59, 61, 63, and 65 correspond to FIG. 3 in the first embodiment. 60, 62, 64, and 66, the width of the trench DTR of the semiconductor layer SL is substantially the same as the width of the trench DTR of the semiconductor layer SL of the first embodiment.

なお、本実施の形態の構成は、上記以外は実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、図55〜図66において実施の形態1と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。   Since the configuration of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment except for the above, the same reference numerals are given to the same elements as those in the first embodiment in FIGS. Description is omitted.

実施の形態3においては、下敷き酸化膜NSGの溝DTR(貫通孔PRCH)の幅を半導体層SLの溝DTRの幅よりも大きくするために、通常の埋め込み絶縁膜に達するように溝DTRを形成する工程(たとえば実施の形態1の図9に対応)を行なった後、特に下敷き酸化膜NSGの溝DTR(貫通孔PRCH)の幅を大きくするために更にエッチングを行なうことが好ましい。このときの下敷き酸化膜NSGへのエッチングガスとしてアルゴンガスと六フッ化硫黄(SF6)ガスと酸素ガスとが混合されたガスを用いることが好ましい。 In the third embodiment, in order to make the width of the trench DTR (through hole PRCH) of the underlying oxide film NSG larger than the width of the trench DTR of the semiconductor layer SL, the trench DTR is formed so as to reach the normal buried insulating film. After performing the step (for example, corresponding to FIG. 9 of the first embodiment), it is preferable to perform further etching to increase the width of the trench DTR (through hole PRCH) of the underlying oxide film NSG. At this time, a gas in which argon gas, sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas, and oxygen gas are mixed is preferably used as an etching gas for the underlying oxide film NSG.

実施の形態3においては実施の形態2と逆に、下敷き酸化膜NSGの貫通孔PRCHの幅が半導体層SLの溝DTRの幅よりも大きくなるように加工を行なう。このため一見、実施の形態2と逆の効果、すなわち貫通孔PRCHの幅が大きいために中空頂点SPTが高い位置に存在し、その上の層間絶縁膜IIが薄くなるように思われる。しかし実際には貫通孔PRCHを半導体層SLの溝DTRの幅よりも大きくすれば、後工程にて形成される層間絶縁膜IIが溝DTRの内部によりスムーズに埋め込まれるようになる。これは溝DTRの内部への層間絶縁膜IIの入口である、下敷き酸化膜NSGの貫通孔PRCHの幅が大きいためである。   In Embodiment 3, contrary to Embodiment 2, processing is performed so that the width of through hole PRCH in underlying oxide film NSG is larger than the width of trench DTR in semiconductor layer SL. For this reason, it seems that the effect opposite to that of the second embodiment, that is, the width of the through hole PRCH is large, the hollow vertex SPT exists at a high position, and the interlayer insulating film II thereon is thinned. However, in practice, if the through hole PRCH is made larger than the width of the trench DTR of the semiconductor layer SL, the interlayer insulating film II formed in a later process can be filled more smoothly into the trench DTR. This is because the width of the through hole PRCH of the underlying oxide film NSG, which is the entrance of the interlayer insulating film II into the trench DTR, is large.

溝DTRの内部に層間絶縁膜IIがスムーズに埋め込まれると、溝DTRの内部での層間絶縁膜IIの充填率が高くなる。このため、溝DTRの内部に形成される中空SPの容積が小さくなる分だけ、中空頂点SPTが低い位置に形成される。すると中空頂点SPTの上により厚い層間絶縁膜IIを形成することができる。したがって中空SPの上部が膨張などの変形を起こす可能性を低減し、溝DTRの品質を向上することができる。   When the interlayer insulating film II is smoothly embedded in the trench DTR, the filling rate of the interlayer insulating film II in the trench DTR increases. For this reason, the hollow vertex SPT is formed at a lower position by the amount of the volume of the hollow SP formed inside the groove DTR. Then, a thicker interlayer insulating film II can be formed on the hollow vertex SPT. Therefore, the possibility that the upper part of the hollow SP causes deformation such as expansion can be reduced, and the quality of the groove DTR can be improved.

なお上述したように溝DTRの内部に層間絶縁膜IIをスムーズに埋め込ませるためには、下敷き酸化膜NSGが100nm以上の厚みを有することが好ましい。また、層間絶縁膜IIを構成するBP−TEOS中に含まれるIII族元素とV族元素との含有割合を最適化することによっても、上記と同様に溝DTRの内部への層間絶縁膜IIの埋め込みがスムーズにすることができる。   As described above, in order to smoothly fill the interlayer insulating film II in the trench DTR, the underlying oxide film NSG preferably has a thickness of 100 nm or more. Further, by optimizing the content ratio of the group III element and the group V element contained in the BP-TEOS that constitutes the interlayer insulating film II, the interlayer insulating film II into the trench DTR as described above can be obtained. Embedding can be smooth.

本発明の実施の形態3は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態1と異なる。すなわち、本発明の実施の形態3について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に順ずる。   The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention only in each point described above. That is, the configuration, conditions, procedures, effects, and the like that have not been described above for the third embodiment of the present invention are all in accordance with the first embodiment of the present invention.

(実施の形態4)
上述したように、溝DTRの中空頂点SPT上の層間絶縁膜IIが薄いと、後工程において中空SPが層間絶縁膜IIを突き抜ける可能性がある。この現象を抑制するために、たとえば図67に示す中空頂点SPT上の層間絶縁膜IIの厚みH1がより厚くなるように、つまり層間絶縁膜II全体がより厚くなるように形成することが好ましい。このような構成はたとえば以下の方法で製造することができる。
(Embodiment 4)
As described above, if the interlayer insulating film II on the hollow vertex SPT of the trench DTR is thin, the hollow SP may penetrate through the interlayer insulating film II in a later process. In order to suppress this phenomenon, for example, it is preferable to form the interlayer insulating film II on the hollow apex SPT shown in FIG. 67 so that the thickness H 1 is thicker, that is, the entire interlayer insulating film II is thicker. . Such a configuration can be manufactured, for example, by the following method.

たとえば実施の形態1の図10において形成する絶縁膜IIAよりも厚い絶縁膜を形成した後、実施の形態1の図11と同じ厚み分だけCMPにより研磨除去する方法がある。このようにすれば中空SP上には、実施の形態1の図11に示す層間絶縁膜IIよりも(図67にH1で示す)厚みが大きい層間絶縁膜IIが形成される。 For example, after forming an insulating film thicker than the insulating film IIA formed in FIG. 10 of the first embodiment, there is a method of polishing and removing by the same thickness as in FIG. 11 of the first embodiment. In this way, the interlayer insulating film II having a larger thickness (indicated by H 1 in FIG. 67) than the interlayer insulating film II shown in FIG. 11 of the first embodiment is formed on the hollow SP.

または、たとえば図67に示す、中空SP上における厚みがH1である層間絶縁膜IIを形成した後に、図68に示すように、層間絶縁膜IIと同様の材質からなる層間絶縁膜IILを追加するように積層する方法もある。このようにすれば、中空SP上における層間絶縁膜IIの厚みは図68に示すようにH1+H2となる。つまり中空SP上には、たとえば実施の形態1の図11に示す層間絶縁膜IIよりも厚みが大きい層間絶縁膜IIが形成される。 Alternatively, for example, after forming the interlayer insulating film II having a thickness of H 1 on the hollow SP shown in FIG. 67, an interlayer insulating film IIL made of the same material as the interlayer insulating film II is added as shown in FIG. There is also a method of stacking as described above. In this way, the thickness of the interlayer insulating film II on the hollow SP becomes H 1 + H 2 as shown in FIG. That is, for example, interlayer insulating film II having a thickness larger than that of interlayer insulating film II shown in FIG. 11 of the first embodiment is formed on hollow SP.

あるいは実施の形態1の図10において形成する絶縁膜IIAとほぼ同じ厚みの絶縁膜を形成した後、実施の形態1の図11よりも少ない厚み分をCMPにより研磨除去する方法もある。このようにした場合も、実施の形態1の図11に示す層間絶縁膜IIよりも(図67にH1で示す)厚みが大きい層間絶縁膜IIが形成される。 Alternatively, after forming an insulating film having substantially the same thickness as the insulating film IIA formed in FIG. 10 of the first embodiment, a thickness smaller than that of FIG. 11 of the first embodiment is polished and removed by CMP. Also in this case, interlayer insulating film II having a larger thickness (indicated by H 1 in FIG. 67) than interlayer insulating film II shown in FIG. 11 of the first embodiment is formed.

図67および図68においては、本実施の形態1と同様に下敷き酸化膜NSGの幅と、半導体層SLにおける溝DTRの幅とがほぼ等しくなるように図示している。しかし実施の形態4において下敷き酸化膜NSGの幅と、半導体層SLにおける溝DTRの幅との大小関係は、たとえば実施の形態2または3に示す関係を満たすものであってもよい。また実施の形態4においても実施の形態2または3と同様に、半導体基板SUBにおける埋め込み絶縁膜BOXの有無は問わない。   67 and 68, the width of the underlying oxide film NSG and the width of the trench DTR in the semiconductor layer SL are shown to be substantially equal to those in the first embodiment. However, in the fourth embodiment, the size relationship between the width of the underlying oxide film NSG and the width of the trench DTR in the semiconductor layer SL may satisfy the relationship shown in the second or third embodiment, for example. In the fourth embodiment, as in the second or third embodiment, the presence or absence of the buried insulating film BOX in the semiconductor substrate SUB does not matter.

具体的には、図67および図68のいずれの態様となる場合においても、中空SPの真上に配置される層間絶縁膜II、または層間絶縁膜IIと層間絶縁膜IILとの厚み(図67のH1または図68のH1+H2)は500nm以上であることが好ましい。 Specifically, in either case of FIGS. 67 and 68, the thickness of the interlayer insulating film II or the interlayer insulating film II and the interlayer insulating film IIL disposed immediately above the hollow SP (FIG. 67). H 1 of FIG. 68 or H 1 + H 2 of FIG. 68 is preferably 500 nm or more.

図68の形状を有する溝DTRが形成された半導体装置は図69のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図70のようになる。   The semiconductor device in which the trench DTR having the shape of FIG. 68 is formed is as shown in FIG. 69, and an enlarged view in the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG.

本発明の実施の形態4は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態1と異なる。すなわち、本発明の実施の形態4について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に順ずる。   The fourth embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention only in each point described above. That is, in the fourth embodiment of the present invention, all the configurations, conditions, procedures, effects, and the like not described above are in accordance with the first embodiment of the present invention.

(実施の形態5)
上述した実施の形態1〜4のいずれにおいても、たとえば図24などの溝の形状のみを示す部分的な概略断面図においてはフィールド酸化膜FOの図示が省略されている。しかし実際に素子が組み合わさった半導体装置においては、たとえば図3などの溝DTRの近傍に配置されたようなフィールド酸化膜FOが存在する。フィールド酸化膜FOは、素子間を電気的に分離するためのLOCOS(素子分離用絶縁膜)として形成される。
(Embodiment 5)
In any of the first to fourth embodiments described above, the field oxide film FO is not shown in a partial schematic cross-sectional view showing only the shape of the groove, for example, FIG. However, in a semiconductor device in which elements are actually combined, there exists a field oxide film FO that is disposed in the vicinity of the trench DTR in FIG. 3, for example. The field oxide film FO is formed as a LOCOS (element isolation insulating film) for electrically isolating elements.

逆に言えば、たとえばフィールド酸化膜FOなどのLOCOSが配置された領域に溝DTRが形成されることが好ましい。図71を参照して、半導体基板SUBの半導体層SLの最上面から一定の深さ分の領域の一部に、LOCOSとしてのフィールド酸化膜FOが形成される。このフィールド酸化膜FOを覆うように、半導体基板SUB(半導体層SL)上に下敷き酸化膜NSGが形成される。図71の状態は、実施の形態1の図7に示す下敷き酸化膜NSGの形成後の状態に対応する。   Conversely, for example, it is preferable that trench DTR is formed in a region where LOCOS is disposed, such as field oxide film FO. Referring to FIG. 71, a field oxide film FO as LOCOS is formed in a part of a region of a certain depth from the uppermost surface of semiconductor layer SL of semiconductor substrate SUB. An underlying oxide film NSG is formed on semiconductor substrate SUB (semiconductor layer SL) so as to cover field oxide film FO. 71 corresponds to the state after formation of underlying oxide film NSG shown in FIG. 7 of the first embodiment.

その後、図72を参照して、フィールド酸化膜FOおよび、フィールド酸化膜FOの上の下敷き酸化膜NSGやフィールド酸化膜FOの下の半導体層SLを貫通して埋め込み絶縁膜BOXに達するように溝DTRが形成される。図72の状態は、実施の形態1の図9に示す溝DTRの形成後の状態に対応する。その後、図73を参照して、層間絶縁膜IIが形成され、溝DTR内にも層間絶縁膜IIが形成される。   72, the field oxide film FO and the underlying oxide film NSG over the field oxide film FO and the semiconductor layer SL under the field oxide film FO are penetrated to reach the buried insulating film BOX. A DTR is formed. The state of FIG. 72 corresponds to the state after formation of trench DTR shown in FIG. 9 of the first embodiment. Thereafter, referring to FIG. 73, interlayer insulating film II is formed, and interlayer insulating film II is also formed in trench DTR.

図74のグラフの横軸は、同じ図74の下側の素子の横方向の各位置(座標)に対応する。図74のグラフの縦軸はラマン変位と呼ばれる、素子の内部の各座標の領域の内部における応力の向きや大きさを示す指標に対応する。縦軸において中央の520cm-1より上の領域は圧縮応力が加わっていることを示す領域であり、520cm-1より下の領域は引張応力が加わっていることを示す領域である。 The horizontal axis of the graph of FIG. 74 corresponds to each position (coordinate) in the horizontal direction of the lower element of the same FIG. The vertical axis of the graph of FIG. 74 corresponds to an index called the Raman displacement, which indicates the direction and magnitude of the stress inside each coordinate area inside the element. In the vertical axis, the region above the central 520 cm −1 is a region indicating that compressive stress is applied, and the region below 520 cm −1 is a region indicating that tensile stress is applied.

また図74ではグラフの横軸と、横軸の各座標が示す素子の横方向の位置とが一致するように図示されている。このようにして、グラフの横軸の座標の具体的な位置が容易に把握できるようになっている。また図74のグラフの実線と点線とは、異なる温度(それぞれ温度A、温度B)で熱処理を行なうことにより形成された素子のデータを示す。   In FIG. 74, the horizontal axis of the graph is shown so that the horizontal position of the element indicated by each coordinate of the horizontal axis coincides. In this way, the specific position of the coordinate on the horizontal axis of the graph can be easily grasped. In addition, the solid line and the dotted line in the graph of FIG. 74 indicate data of elements formed by performing heat treatment at different temperatures (temperature A and temperature B, respectively).

図74のグラフより、熱処理を行なう温度にかかわらず、LOCOS(フィールド酸化膜FO)が存在する領域において引張応力が大きくなることがわかる。この引張応力は、LOCOSがシリコン酸化膜からなるフィールド酸化膜FOであり、フィールド酸化膜FOがシリコンからなる半導体層SL上に形成されることから、シリコンとシリコン酸化膜との熱膨張係数の差に起因して発生する応力であると考えられる。   From the graph of FIG. 74, it can be seen that the tensile stress increases in the region where the LOCOS (field oxide film FO) exists regardless of the temperature at which the heat treatment is performed. This tensile stress is caused by the difference in thermal expansion coefficient between silicon and the silicon oxide film because LOCOS is a field oxide film FO made of a silicon oxide film and the field oxide film FO is formed on the semiconductor layer SL made of silicon. It is considered that the stress is caused by

一方、溝DTRの形成された領域においては圧縮応力が大きくなる。このため溝DTRがフィールド酸化膜FOを貫通するように形成されることにより、溝DTRの圧縮応力とフィールド酸化膜FOの引張応力とが相殺されるため、溝DTRの近傍における内部応力を小さくすることができる。   On the other hand, the compressive stress increases in the region where the groove DTR is formed. For this reason, since the trench DTR is formed so as to penetrate the field oxide film FO, the compressive stress of the trench DTR and the tensile stress of the field oxide film FO cancel each other, so that the internal stress in the vicinity of the trench DTR is reduced. be able to.

以上のように溝DTRの近傍における応力を小さくすることにより、当該溝DTRの近傍や溝DTRの側面、下敷き酸化膜NSGの開口部(図28の貫通孔PRCH)における応力集中を抑制することができる。したがって溝DTRの近傍や貫通孔PRCHなどにおける結晶欠陥の発生をさらに確実に抑制することができる。また結晶欠陥の発生を抑制する結果、溝DTRの側面近傍のエッチングダメージ(図22、23参照)に起因するリーク電流の発生を抑制することもできる。   As described above, by reducing the stress in the vicinity of the trench DTR, the stress concentration in the vicinity of the trench DTR, the side surface of the trench DTR, and the opening of the underlying oxide film NSG (through hole PRCH in FIG. 28) can be suppressed. it can. Therefore, the generation of crystal defects in the vicinity of the trench DTR, the through hole PRCH, and the like can be further reliably suppressed. In addition, as a result of suppressing the generation of crystal defects, it is also possible to suppress the generation of leak current due to etching damage (see FIGS. 22 and 23) near the side surface of the trench DTR.

LOCOSとしてのフィールド酸化膜FOが形成された半導体装置の全体図は図75に示すとおりである。これは図3に示す半導体装置の全体図と同様である。   An overall view of the semiconductor device in which the field oxide film FO as LOCOS is formed is as shown in FIG. This is the same as the overall view of the semiconductor device shown in FIG.

なお実施の形態5のようにLOCOSを有する半導体装置についても、埋め込み絶縁膜BOXを有さない(支持基板SS上に半導体層SLが形成された)バルクの半導体基板SUBを用いて形成されてもよい。   Note that the semiconductor device having LOCOS as in the fifth embodiment may also be formed using a bulk semiconductor substrate SUB that does not have the buried insulating film BOX (the semiconductor layer SL is formed on the support substrate SS). Good.

(実施の形態6)
本実施の形態は、実施の形態1と比較して、溝DTRを形成する際のマスクにおいて異なっている。以下、本実施の形態の構成について説明する。
(Embodiment 6)
The present embodiment is different from the first embodiment in the mask for forming the trench DTR. Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described.

本実施の形態においては図76に示すように、溝DTRを形成する前に素子上を覆うように形成する絶縁膜が、下敷き酸化膜NSG(第2の絶縁膜)のみならず、その上の下敷き窒化膜NTF(第3の絶縁膜)およびさらにその上の下敷き酸化膜NSG(第4の絶縁膜)からなる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 76, the insulating film formed so as to cover the element before forming the trench DTR is not only the underlying oxide film NSG (second insulating film), The underlying nitride film NTF (third insulating film) and further the underlying oxide film NSG (fourth insulating film) are formed.

つまり、本実施の形態の製造方法は、溝DTRを形成する工程に先立ち、下側の下敷き酸化膜NSG(第2の絶縁膜)を形成する工程と、下敷き酸化膜NSG上に下敷き窒化膜NTF(第3の絶縁膜)を形成する工程と、下敷き窒化膜NTF上に上側の下敷き酸化膜NSG(第4の絶縁膜)を形成する工程とをさらに備えている。   That is, in the manufacturing method of the present embodiment, prior to the step of forming the trench DTR, a step of forming a lower underlying oxide film NSG (second insulating film), and an underlying nitride film NTF on the underlying oxide film NSG. The method further includes the step of forming (third insulating film) and the step of forming the upper underlying oxide film NSG (fourth insulating film) on the underlying nitride film NTF.

下敷き窒化膜NTFはたとえばシリコン窒化膜である。上下の下敷き酸化膜NSGの各々は上述したようにたとえばノンドープのシリコン酸化膜である。このため第3の絶縁膜は第2の絶縁膜とは異なる材質よりなり、第4の絶縁膜は第3の絶縁膜とは異なる材質よりなる。図76の状態は、実施の形態1の図7に示す下敷き酸化膜NSGの形成後の状態に対応する。   Underlay nitride film NTF is, for example, a silicon nitride film. Each of the upper and lower underlying oxide films NSG is, for example, a non-doped silicon oxide film as described above. Therefore, the third insulating film is made of a material different from that of the second insulating film, and the fourth insulating film is made of a material different from that of the third insulating film. The state of FIG. 76 corresponds to the state after formation of underlying oxide film NSG shown in FIG. 7 of the first embodiment.

このように半導体層SLの上に複数の絶縁膜を形成した上で、図77に示すように溝DTRが形成される。図77の状態は、実施の形態1の図9に示す溝DTRの形成後の状態に対応する。   Thus, after forming a plurality of insulating films on the semiconductor layer SL, a trench DTR is formed as shown in FIG. The state of FIG. 77 corresponds to the state after formation of trench DTR shown in FIG. 9 of the first embodiment.

その後、上側の下敷き酸化膜NSG上に通常の写真製版技術によりフォトレジストパターン(図示せず)が形成され、このフォトレジストパターンをマスクとしてエッチングを施すことにより、上側の下敷き酸化膜NSG、下敷き窒化膜NTFおよび下側の下敷き酸化膜NSGが順にパターニングされる。この後、レジストパターンはたとえばアッシングにより除去される。次に、パターニングされた上側の下敷き酸化膜NSGをマスクとして半導体層SLにエッチングが施される。これにより、半導体層SLの主表面から埋め込み絶縁膜BOXに達する溝DTRが形成される。この溝DTR形成後に、上側の下敷き酸化膜NSGおよび下敷き窒化膜NTFが除去されて図9に示す状態が得られる。この後、実施の形態1と同様の工程を経ることにより、図3と同様の構成を有する本実施の形態の半導体装置が製造される。   Thereafter, a photoresist pattern (not shown) is formed on the upper underlying oxide film NSG by a normal photoengraving technique. Etching is performed using this photoresist pattern as a mask, so that the upper underlying oxide film NSG and the underlying nitride film are etched. The film NTF and the underlying oxide film NSG on the lower side are patterned in order. Thereafter, the resist pattern is removed by ashing, for example. Next, the semiconductor layer SL is etched using the patterned upper underlying oxide film NSG as a mask. Thereby, a trench DTR reaching the buried insulating film BOX from the main surface of the semiconductor layer SL is formed. After formation of trench DTR, upper underlying oxide film NSG and underlying nitride film NTF are removed to obtain the state shown in FIG. Thereafter, through the same process as in the first embodiment, the semiconductor device of the present embodiment having the same configuration as that in FIG. 3 is manufactured.

図9に示す実施の形態1のように溝DTRを形成する際のエッチングマスクとして下敷き酸化膜NSG単層を用いた場合、溝DTR形成のためのエッチングにより下敷き酸化膜NSGの一部に膜厚や膜質のばらつきが発生することがある。   When the underlying oxide film NSG single layer is used as an etching mask when forming the trench DTR as in the first embodiment shown in FIG. 9, the film thickness is formed on a part of the underlying oxide film NSG by etching for forming the trench DTR. And variations in film quality may occur.

これに対して本実施の形態では、上側の下敷き酸化膜NSGをマスクとして溝DTRが形成される。この際、下側の下敷き酸化膜NSGの上面は下敷き窒化膜NTFおよび上側の下敷き酸化膜NSGにより保護されている。このため、溝DTR形成時のエッチングによって下側の下敷き酸化膜NSGの上面がエッチングされることはない。よって、下側の下敷き酸化膜NSGの膜厚などがばらつくことを抑制できる。   In contrast, in the present embodiment, trench DTR is formed using upper underlying oxide film NSG as a mask. At this time, the upper surface of the lower underlying oxide film NSG is protected by the underlying nitride film NTF and the upper underlying oxide film NSG. For this reason, the upper surface of the lower underlying oxide film NSG is not etched by the etching at the time of forming the trench DTR. Therefore, variations in the thickness of the underlying oxide film NSG on the lower side can be suppressed.

実施の形態6に示す製造方法を採用した結果形成される半導体装置は、図3および図75と同様の態様を有するものである。また実施の形態6についても、実施の形態2、3、4、5に示す溝DTRの特徴や製造条件を適宜組み合わせてもよい。   A semiconductor device formed as a result of employing the manufacturing method shown in the sixth embodiment has the same mode as that shown in FIGS. Also in the sixth embodiment, the characteristics and manufacturing conditions of the trench DTR shown in the second, third, fourth, and fifth embodiments may be appropriately combined.

本発明の実施の形態6は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態1と異なる。すなわち、本発明の実施の形態6について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に順ずる。   The sixth embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention only in each point described above. That is, the configuration, conditions, procedures, effects, and the like that have not been described above for the sixth embodiment of the present invention are all in accordance with the first embodiment of the present invention.

(実施の形態7)
本実施の形態は、実施の形態6と比較して、溝DTRの側面上に側壁絶縁膜SWを形成する点において異なっている。以下、本実施の形態の構成について説明する。
(Embodiment 7)
The present embodiment is different from the sixth embodiment in that a sidewall insulating film SW is formed on the side surface of the trench DTR. Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described.

図77を参照して、本実施の形態では、実施の形態6と同様、半導体層SLの主表面上に、下側の下敷き酸化膜NSG、下敷き窒化膜NTFおよび上側の下敷き酸化膜NSGが順に形成された後に、上側の下敷き酸化膜NSGをマスクとして半導体層SLにエッチングが施される。これにより溝DTRが半導体層SLに形成される。   Referring to FIG. 77, in the present embodiment, as in the sixth embodiment, a lower underlying oxide film NSG, an underlying nitride film NTF, and an upper underlying oxide film NSG are sequentially formed on the main surface of semiconductor layer SL. After the formation, the semiconductor layer SL is etched using the upper underlying oxide film NSG as a mask. Thereby, the trench DTR is formed in the semiconductor layer SL.

図78を参照して、この溝DTRの内壁上および上側の下敷き酸化膜NSGの上面上に、たとえばシリコン酸化膜よりなる絶縁膜が形成される。この後に、この絶縁膜に、上側の下敷き酸化膜NSGの上面が露出するまでエッチバックが施される。これにより溝DTRの側壁を覆うように側壁絶縁膜SWがたとえばシリコン酸化膜から形成される。この後、上側の下敷き酸化膜NSGと下敷き窒化膜NTFが除去される。   Referring to FIG. 78, an insulating film made of, eg, a silicon oxide film is formed on the inner wall of trench DTR and on the upper surface of upper underlying oxide film NSG. Thereafter, this insulating film is etched back until the upper surface of the upper underlying oxide film NSG is exposed. Thus, sidewall insulating film SW is formed of, for example, a silicon oxide film so as to cover the sidewall of trench DTR. Thereafter, the upper underlying oxide film NSG and the underlying nitride film NTF are removed.

図79を参照して、露出した下側の下敷き酸化膜NSGの表面上を覆うように、かつ溝DTR内に中空SPを形成するように、下側の下敷き酸化膜NSG上および溝DTR内に層間絶縁膜IIが形成される。この後、実施の形態1と同様の工程を経ることにより、図80に示す本実施の形態の半導体装置が製造される。   Referring to FIG. 79, on the lower underlying oxide film NSG and in the trench DTR so as to cover the surface of the exposed lower underlying oxide film NSG and to form a hollow SP in the trench DTR. Interlayer insulating film II is formed. Thereafter, through the same process as in the first embodiment, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 80 is manufactured.

溝DTRに側壁絶縁膜SWが形成された半導体装置は図80のような態様となり、溝DTR部の近辺の拡大図は図81のようになる。   A semiconductor device in which the sidewall insulating film SW is formed in the trench DTR has a mode as shown in FIG. 80, and an enlarged view of the vicinity of the trench DTR portion is as shown in FIG.

なお、本実施の形態の構成は、上記の側壁絶縁膜SWが形成されている点以外は実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、図78〜図81において実施の形態1と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。   The configuration of the present embodiment is almost the same as the configuration of the first embodiment except that the sidewall insulating film SW is formed, and therefore the same as the first embodiment in FIGS. 78 to 81. Elements are given the same reference numerals and the description thereof is not repeated.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図77を参照して、下敷き窒化膜NTFを除去する際には一般にリン酸の薬液が用いられる。リン酸の薬液がたとえばシリコンからなる半導体層SLの表面に付着すると、リン酸が付着した領域において半導体層SLの表面が荒らされる。すると半導体層SLの表面のラフネスに起因するリーク電流が増加する可能性がある。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
Referring to FIG. 77, a phosphoric acid chemical solution is generally used when removing underlying nitride film NTF. When the chemical solution of phosphoric acid adheres to the surface of the semiconductor layer SL made of, for example, silicon, the surface of the semiconductor layer SL is roughened in the region where phosphoric acid has adhered. Then, there is a possibility that the leakage current due to the roughness of the surface of the semiconductor layer SL increases.

そこで本実施の形態のように、半導体層SLの表面(側面)を保護するための側壁絶縁膜SWが形成されることにより、半導体層SLの表面が直接リン酸に曝されることを抑制することができる。したがって半導体層SLの表面のラフネスの増加を抑制し、リーク電流の増加を抑制することができる。   Therefore, as in the present embodiment, by forming the sidewall insulating film SW for protecting the surface (side surface) of the semiconductor layer SL, the surface of the semiconductor layer SL is prevented from being directly exposed to phosphoric acid. be able to. Therefore, an increase in the roughness of the surface of the semiconductor layer SL can be suppressed, and an increase in leakage current can be suppressed.

また側壁絶縁膜SWが形成されることにより、溝DTRの内部において層間絶縁膜IIが形成される領域が実質的に狭くなる。このため層間絶縁膜IIの形成時に溝DTRの内部に形成される中空SPの頂点SPTがより低い位置となる。これは中空SPの形成されうる領域が狭くなることに伴い、中空SPのサイズが小さくなるためである。したがって実施の形態2、3と同様に、中空頂点SPT上の層間絶縁膜IIを厚くし、中空SPが変形したり、層間絶縁膜IIを突き破ったりする不具合を抑制することができる。   Further, since the sidewall insulating film SW is formed, a region where the interlayer insulating film II is formed in the trench DTR is substantially narrowed. For this reason, the vertex SPT of the hollow SP formed inside the trench DTR when the interlayer insulating film II is formed is at a lower position. This is because the size of the hollow SP becomes smaller as the area where the hollow SP can be formed becomes narrower. Therefore, as in the second and third embodiments, the interlayer insulating film II on the hollow apex SPT can be thickened to suppress problems that the hollow SP is deformed or breaks through the interlayer insulating film II.

なおたとえば、形成される素子の特性上、III族元素やV族元素の素子内部への固相拡散を防ぐことが好ましい場合は、側壁絶縁膜SWをノンドープとすることが好ましい。   For example, when it is preferable to prevent solid-phase diffusion of a group III element or a group V element into the element due to the characteristics of the element to be formed, the sidewall insulating film SW is preferably non-doped.

また実施の形態7についても、実施の形態2、3、4、5に示す溝DTRの特徴や製造条件を適宜組み合わせてもよい。あるいは上記においては実施の形態6のように下敷き窒化膜NTFを用いた製造方法を一例として挙げているが、たとえば実施の形態1のように下敷き窒化膜NTFを用いずに、溝DTRの内部に側壁絶縁膜SWが形成される製造方法を用いてもよい。   Also in the seventh embodiment, the characteristics and manufacturing conditions of the trench DTR shown in the second, third, fourth, and fifth embodiments may be appropriately combined. Alternatively, the manufacturing method using the underlying nitride film NTF as described in the sixth embodiment is taken as an example in the above, but for example, the underlying nitride film NTF is not used as in the first embodiment, and the trench DTR is formed inside. A manufacturing method in which the sidewall insulating film SW is formed may be used.

本発明の実施の形態7は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態6と異なる。すなわち、本発明の実施の形態7について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態6に順ずる。   The seventh embodiment of the present invention differs from the sixth embodiment of the present invention only in the points described above. That is, the configuration, conditions, procedures, effects, and the like not described above for the seventh embodiment of the present invention are all in accordance with the sixth embodiment of the present invention.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、溝を有する半導体装置およびその製造方法に特に有利に適用され得る。   The present invention can be applied particularly advantageously to a semiconductor device having a groove and a method of manufacturing the same.

BOX 埋め込み絶縁膜、CH コンタクトホール、CNT 異物、DFR 素子形成領域、DTR,DTRA 溝、FO フィールド酸化膜、GE ゲート電極層、GI ゲート絶縁膜、GT ゲッタリングサイト、ICL 配線層、ICLA アルミニウム薄膜、II,IIL 層間絶縁膜、IIA 絶縁膜、ION イオン、MI マスク絶縁層、NDR n型領域、NI 窒化膜、NR n+領域、NSG 下敷き酸化膜、NSR n型半導体領域、NTF 下敷き窒化膜、NWR n型ウェル領域、OI 酸化絶縁膜、OXI 酸化膜、PBR p型領域、PFM 側壁保護膜、PHR フォトレジスト、PL プラグ導電層、POR p型オフセット領域、PR p+領域、PRCH 貫通孔、PSR p型半導体領域、PWR p型ウェル領域、SC シリサイド層、SCC 半導体チップ、SDR 固相拡散領域、SHR シート抵抗、SL 半導体層、SP 中空、SPT 中空頂点、SS 支持基板、SUB 半導体基板、SW 側壁絶縁膜。 BOX buried insulating film, CH contact hole, CNT foreign material, DFR element formation region, DTR, DTRA groove, FO field oxide film, GE gate electrode layer, GI gate insulating film, GT gettering site, ICL wiring layer, ICLA aluminum thin film, II, IIL interlayer insulating film, IIA insulating film, ION ion, MI mask insulating layer, NDR n-type region, NI nitride film, NR n + region, NSG underlay oxide film, NSR n-type semiconductor region, NTF underlay nitride film, NWR n-type well region, OI oxide insulating film, OXI oxide film, PBR p-type region, PFM sidewall protective film, PHR photoresist, PL plug conductive layer, POR p-type offset region, PR p + region, PRCH through hole, PSR p Type semiconductor region, PWR p-type well region, SC silicide layer, SCC half Body chips, SDR solid phase diffusion region, SHR sheet resistance, SL semiconductor layer, SP hollow, SPT hollow vertex, SS supporting substrate, SUB semiconductor substrate, SW sidewall insulating films.

Claims (13)

支持基板と、埋め込み絶縁膜と、半導体層とがこの順で積層された構成を有する半導体基板を準備する工程と、
前記半導体層上にゲート電極を有し、前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有するMOSトランジスタを形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって
前記MOSトランジスタを平面視において取り囲む溝を前記半導体層から前記埋め込み絶縁膜に達するように形成する工程と、
前記ゲート電極の上を覆い前記半導体層の主表面に沿うように拡がり、かつ前記溝内に中空を形成するように前溝を充填する第1の絶縁膜を形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate having a configuration in which a support substrate, a buried insulating film, and a semiconductor layer are stacked in this order;
Forming a MOS transistor having a gate electrode on the semiconductor layer and having a source region and a drain region in the semiconductor layer, and a method of manufacturing a semiconductor device ,
Forming a groove surrounding in plan view said MOS transistor to reach the semiconductor layer or al the buried insulating film,
And a step of forming a first insulating film to fill said spread on along the main surface of the covering has the semiconductor layer on the gate electrode, and before Symbol groove so as to form a hollow in the trench A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体層上に酸化膜と窒化膜とをこの順で積層し、前記窒化膜を選択的に除去した後に、前記窒化膜から露出した部分を熱酸化することにより、前記半導体層内で前記ソース領域または前記ドレイン領域と接する第2の絶縁膜を形成する工程をさらに備える、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 An oxide film and a nitride film are stacked in this order on the semiconductor layer , and after selectively removing the nitride film, the portion exposed from the nitride film is thermally oxidized to thereby form the source in the semiconductor layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming a second insulating film in contact with the region or the drain region. 前記溝は前記MOSトランジスタと前記第2の絶縁膜とを取り囲むように形成される、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the groove is formed so as to surround the MOS transistor and the second insulating film. 前記第1の絶縁膜を形成する工程の後に、After the step of forming the first insulating film,
前記ソース領域または前記ドレイン領域に達するように前記第1の絶縁膜内を延びる導電層を形成する工程と、Forming a conductive layer extending in the first insulating film so as to reach the source region or the drain region;
前記第1の絶縁膜上に、前記導電層に接する配線層を形成する工程とを備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: forming a wiring layer in contact with the conductive layer on the first insulating film.
前記溝の形成前に、前記MOSトランジスタ上を覆うように前記半導体層の前記主表面上に第の絶縁膜を形成する工程と、
前記第の絶縁膜上に、前記第の絶縁膜とは異なる材質よりなる第の絶縁膜を形成する工程と、
前記第の絶縁膜上に、前記第の絶縁膜とは異なる材質よりなる第の絶縁膜を形成する工程とをさらに備え、
前記溝を形成する工程は、前記第の絶縁膜をマスクとして前記半導体層を選択的に除去する工程を含み、さらに
前記溝の形成後に前記第および第の絶縁膜を除去する工程を備えた、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a third insulating film on the main surface of the semiconductor layer so as to cover the MOS transistor before forming the trench;
Forming a fourth insulating film made of a material different from the third insulating film on the third insulating film;
On the fourth insulating film, further comprising a step of forming a fifth insulating film made of a material different from that of the fourth insulating film,
The step of forming the groove includes the step of selectively removing the semiconductor layer using the fifth insulating film as a mask, and the step of removing the fifth and fourth insulating films after the formation of the groove. The manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 1-4 provided.
前記溝の幅に対する深さの割合を示すアスペクト比は5.0以上となるように前記溝が形成される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is formed so that an aspect ratio indicating a ratio of a depth to a width of the groove is 5.0 or more. 前記溝の幅は前記溝の底部に近づくにつれて広くなるように、前記溝が形成される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is formed such that the width of the groove becomes wider as the bottom of the groove is approached. 支持基板と、埋め込み絶縁膜と、半導体層とがこの順で積層された構成を有する半導体基板と、
前記半導体層上にゲート電極を有し、前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有するMOSトランジスタと、
前記ゲート電極の上を覆い前記半導体層の主表面に沿うように拡がり、かつ前記半導体層から前記埋め込み絶縁膜に達するように延びる溝内に中空を残すように前記溝を充填する第1の絶縁膜を備え、
前記溝は前記MOSトランジスタを取り囲む、半導体装置。
A semiconductor substrate having a configuration in which a support substrate, a buried insulating film, and a semiconductor layer are stacked in this order;
A MOS transistor having a gate electrode on the semiconductor layer and having a source region and a drain region in the semiconductor layer;
The spread in along the main surface of said semiconductor layer has covered over the gate electrode, and a first filling the groove so as to leave a hollow in a groove extending to reach the buried insulating layer from the semiconductor layer and an insulating film,
The semiconductor device, wherein the trench surrounds the MOS transistor .
前記半導体層の主表面に形成され、前記半導体層内で前記ソース領域または前記ドレイン領域と接する第2の絶縁膜をさらに備え、A second insulating film formed on the main surface of the semiconductor layer and in contact with the source region or the drain region in the semiconductor layer;
前記第2の絶縁膜は前記第1の絶縁膜よりも浅い、請求項8に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 8, wherein the second insulating film is shallower than the first insulating film.
前記溝および前記第2の絶縁膜は複数形成され、A plurality of the grooves and the second insulating film are formed,
前記複数の第2の絶縁膜のうち少なくとも一部の前記第2の絶縁膜は、前記複数の溝のうち少なくとも一部の前記溝により貫通される、請求項9に記載の半導体装置。10. The semiconductor device according to claim 9, wherein at least a part of the second insulating film among the plurality of second insulating films is penetrated by at least a part of the plurality of grooves.
前記MOSトランジスタの前記ソース領域または前記ドレイン領域に達するように前記半導体層の主表面に沿うように拡がる前記第1の絶縁膜の部分内を延びる導電層と、A conductive layer extending in a portion of the first insulating film extending along the main surface of the semiconductor layer so as to reach the source region or the drain region of the MOS transistor;
前記第1の絶縁膜の部分上に配置され前記導電層に接する配線層とをさらに備える、請求項8〜10のいずれか1項に記載の半導体装置。  The semiconductor device according to claim 8, further comprising: a wiring layer disposed on the first insulating film and in contact with the conductive layer.
前記溝の幅に対する深さの割合を示すアスペクト比は5.0以上である、請求項8〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 8, wherein an aspect ratio indicating a ratio of a depth to a width of the groove is 5.0 or more. 前記溝の幅は前記溝の底部に近づくにつれて広くなる形状を有する、請求項8〜12のいずれか1項に記載の半導体装置。13. The semiconductor device according to claim 8, wherein the width of the groove has a shape that becomes wider as it approaches the bottom of the groove.
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