JP6637139B2 - 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、凹部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 method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a concave portion and a method for manufacturing the same.

半導体基板の互いに対向する1対の主表面のうちの一方(上側)の主表面側に、上記1対の主表面のうちの他方(下側)の主表面側の電位を取り出すための深い溝(凹部)が形成される場合がある。このような半導体基板の電位を取り出すための深い凹部は基板電極または基板コンタクトと呼ばれる場合がある。上記の基板電極は、たとえば以下の特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4および特許文献5に開示されている。   A deep groove for taking out a potential on the other (lower) main surface side of the pair of main surfaces on one (upper) main surface side of the pair of main surfaces facing each other of the semiconductor substrate. (Recess) may be formed. Such a deep recess for extracting the potential of the semiconductor substrate is sometimes called a substrate electrode or a substrate contact. The above substrate electrode is disclosed in, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5 below.

また、半導体基板上に形成された素子を半導体基板上の他の領域から電気的に分離させる目的で、半導体基板の1対の主表面のうちの一方(上側)の主表面に深い凹部としての素子分離用凹部を形成する技術が、たとえば以下の特許文献6に開示されている。   Further, in order to electrically separate elements formed on the semiconductor substrate from other regions on the semiconductor substrate, a deep recess is formed in one (upper) main surface of the pair of main surfaces of the semiconductor substrate. A technique for forming a device isolation recess is disclosed in, for example, Patent Document 6 below.

特開2008−130829号公報JP 2008-130829 A 特表2008−511981号公報JP 2008-511981 A 特開平5−29603号公報JP-A-5-29603 特開昭62−213121号公報JP-A-62-213121 特開2003−218356号公報JP 2003-218356 A 特開平11−45890号公報JP-A-11-45890

上記の各特許文献に示すような深い凹部を形成するためには長時間の熱処理が必要な場合が多く、製造コストが高騰する可能性がある。   In many cases, a long heat treatment is required to form a deep concave portion as described in each of the above-mentioned patent documents, and the production cost may increase.

また半導体装置を形成する際には上記の深い凹部を形成する工程のほかに、たとえば半導体基板の上記一方の主表面側に、半導体素子から電極を引き出すための、通常は上記深い凹部よりも浅い凹部を形成する工程を要する場合がある。上記の各特許文献においてはいずれも、深い凹部を形成する工程と浅い凹部を形成する工程とが別個の工程として処理されている。この場合は工程が煩雑となり、かつ凹部を形成するために必要なマスクの枚数が多くなるために、製造コストが高騰する可能性がある。   In forming a semiconductor device, in addition to the step of forming the deep recess, for example, on the one main surface side of the semiconductor substrate, a shallower than the deep recess for extracting an electrode from a semiconductor element is usually provided. In some cases, a step of forming a concave portion is required. In each of the above patent documents, the step of forming a deep recess and the step of forming a shallow recess are processed as separate steps. In this case, the process becomes complicated, and the number of masks required for forming the concave portion increases, which may increase the manufacturing cost.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

一実施の形態の半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。
まず半導体基板の主表面に位置する導電部分を有する素子が形成される。上記主表面から半導体基板の内部に延びる第1の凹部が形成される。上記素子上を覆うように、かつ第1の凹部内に閉塞された中空を形成するように主表面上と第1の凹部の側壁上および底壁上とに絶縁膜が形成される。上記絶縁膜の上面から第1の凹部内の中空に達するように、かつ第1の凹部の側壁上の絶縁膜を残しつつ第1の凹部の底壁において半導体基板に達するように絶縁膜に第1の孔部が形成される。上記絶縁膜の上面から導電部分に達する第2の孔部が形成される。上記第1および第2の孔部は同じエッチング処理により形成される。
A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment includes the following steps.
First, an element having a conductive portion located on a main surface of a semiconductor substrate is formed. A first recess extending from the main surface to the inside of the semiconductor substrate is formed. An insulating film is formed on the main surface and on the side wall and the bottom wall of the first concave portion so as to cover the element and form a closed hollow in the first concave portion. The insulating film is formed so as to reach the hollow inside the first recess from the upper surface of the insulating film and reach the semiconductor substrate at the bottom wall of the first recess while leaving the insulating film on the side wall of the first recess. One hole is formed. A second hole reaching the conductive portion from the upper surface of the insulating film is formed. The first and second holes are formed by the same etching process.

他の実施の形態の半導体装置は以下の構成を備えている。
上記半導体装置は、半導体基板と、第1絶縁膜と、第1導電層とを備えている。半導体基板は主表面に第1凹部が形成されており、かつ主表面に形成された半導体素子を有する。第1絶縁膜は第1凹部内の側壁上の領域と、第1凹部の外側で主表面に沿うように拡がる領域とを含み、第1凹部内の側壁上の領域に形成されることにより第1凹部内に第1孔部を形成し、かつ主表面に沿うように拡がる領域において第2孔部が形成されている。第1導電層は第1孔部および第2孔部の内部に形成されている。第2孔部は第1孔部に連通する。第1導電層は、第1孔部の底部において、半導体基板と直接接している。第1絶縁膜の主表面に沿うように拡がる領域には、半導体素子に達するコンタクトホールが形成されている。コンタクトホールの内部には、第2導電層が形成されている。第1導電層と第2導電層とは、同一の材料により形成されている。
上記半導体装置は、第1の凹部を有する半導体基板と、導電領域を有する素子と、素子上を覆うように主表面上に形成され、かつ第1の凹部の第1の底壁において半導体基板を露出するように形成された絶縁膜とを備えている。絶縁膜の上面から第1の凹部内を通じて第1の凹部の底壁に達する第1の孔部が形成されており、かつ絶縁膜の上面から導電領域に達する第2の孔部が形成されている。第1の孔部内に形成された第1の導電層と、第2の孔部内に形成された第2の導電層とを備えている。第1の導電層と第2の導電層とは同一の材料からなる。
A semiconductor device according to another embodiment has the following configuration.
The semiconductor device includes a semiconductor substrate, a first insulating film, and a first conductive layer. The semiconductor substrate has a first concave portion formed on the main surface, and has a semiconductor element formed on the main surface. The first insulating film includes a region on the sidewall in the first recess and a region extending along the main surface outside the first recess, and is formed in the region on the sidewall in the first recess. A first hole is formed in one recess, and a second hole is formed in a region extending along the main surface. The first conductive layer is formed inside the first hole and the second hole. The second hole communicates with the first hole. The first conductive layer is in direct contact with the semiconductor substrate at the bottom of the first hole. In a region extending along the main surface of the first insulating film, a contact hole reaching the semiconductor element is formed. A second conductive layer is formed inside the contact hole. The first conductive layer and the second conductive layer are formed of the same material.
The semiconductor device includes: a semiconductor substrate having a first concave portion; an element having a conductive region; and a semiconductor substrate formed on a main surface so as to cover the element, and a first bottom wall of the first concave portion. And an insulating film formed to be exposed. A first hole reaching the bottom wall of the first recess from the upper surface of the insulating film through the first recess is formed, and a second hole reaching the conductive region from the upper surface of the insulating film is formed. I have. A first conductive layer formed in the first hole; and a second conductive layer formed in the second hole. The first conductive layer and the second conductive layer are made of the same material.

一実施の形態および他の実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法によれば、第1の凹部を有する半導体装置を、工程数、処理時間および製造コストを削減して提供することができる。   According to the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to one or another embodiment, a semiconductor device having a first concave portion can be provided with a reduced number of steps, processing time, and manufacturing cost.

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。FIG. 2 is a schematic plan view showing a configuration of a semiconductor device in a chip state according to the first embodiment; 図1に示す素子形成領域が平面視において凹部に取り囲まれた様子を示す一部破断斜視図である。FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a state where the element formation region shown in FIG. 1 is surrounded by a concave portion in plan view. 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、図1のIII−III線に沿う部分における概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor device in a chip state according to the first embodiment, taken along a line III-III in FIG. 1. 図3の各領域に形成される素子等の態様を詳細に示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing in detail an aspect of an element and the like formed in each region of FIG. 3. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a first step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment. 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。FIG. 7 is a schematic sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment; 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。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment. 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。FIG. 9 is a schematic sectional view showing an eighth step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment; 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。FIG. 15 is a schematic sectional view showing a ninth step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment; 実施の形態1における半導体装置の製造方法の第10工程を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic sectional view showing a tenth step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment; 実施の形態1における半導体装置の製造方法の第11工程を示す概略断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an eleventh step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment. 実施の形態1における半導体装置の製造方法の第12工程を示す概略断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a twelfth step of the method for manufacturing a semiconductor device in First Embodiment; 実施の形態1の比較例におけるチップ状態の半導体装置の構成を示す、図1のIII−III線に沿う部分における概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a chip state in a comparative example of the first embodiment, taken along a line III-III in FIG. 1. 実施の形態1における基板コンタクトの構成およびサイズを示す概略斜視図(A)と、比較例における基板コンタクトの構成およびサイズを示す概略斜視図(B)とである。FIG. 3A is a schematic perspective view illustrating the configuration and size of a substrate contact according to the first embodiment, and FIG. 3B is a schematic perspective view illustrating the configuration and size of a substrate contact according to a comparative example. 実施の形態2におけるチップ状態の半導体装置の構成を示す、図1のIII−III線に沿う部分と同様の部分における概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device in a chip state according to a second embodiment, which is similar to a portion along line III-III in FIG. 1. 実施の形態2の比較例におけるチップ状態の半導体装置の構成を示す、図1のIII−III線に沿う部分と同様の部分における概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a chip state according to a comparative example of the second embodiment, taken along a line III-III in FIG. 1. 実施の形態3におけるチップ状態の半導体装置の構成を示す、図1のIII−III線に沿う部分と同様の部分における概略断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a chip state according to a third embodiment, which is similar to a portion along the line III-III in FIG. 1. 実施の形態3の比較例におけるチップ状態の半導体装置の構成を示す、図1のIII−III線に沿う部分と同様の部分における概略断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device in a chip state according to a comparative example of the third embodiment, taken along a line similar to the line III-III in FIG. 1. 実施の形態4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。FIG. 18 is a schematic plan view showing a configuration of a semiconductor device in a chip state according to a fourth embodiment. 実施の形態4におけるチップ状態の半導体装置の構成を示す、図23のXXIV−XXIV線に沿う部分における概略断面図である。FIG. 24 is a schematic sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a chip state according to a fourth embodiment, taken along a line XXIV-XXIV of FIG. 23; 図24の各領域に形成される素子等の態様を詳細に示す概略断面図である。FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing in detail an aspect of an element and the like formed in each region of FIG. 24.

以下、一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)
まず本実施の形態の半導体装置の半導体基板の主表面における各素子形成領域の配置について図1および図2を用いて説明する。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the arrangement of each element formation region on the main surface of the semiconductor substrate of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1を参照して、本実施の形態の半導体装置は、半導体チップCHPに含まれる半導体基板SUBの主表面に、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CMOSトランジスタ領域としてのロジック部LGと、高耐圧素子を用いた高耐圧MOSトランジスタ領域としての出力ドライバ部HVとを有している。上記の半導体装置においては一例として1つのロジック部LGと、3つの出力ドライバ部HVとが平面視において行列状となるように配置されている。   Referring to FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment has a CMOS transistor region in which, for example, a low-breakdown-voltage CMOS (Complementary MOS) transistor is integrated on the main surface of semiconductor substrate SUB included in semiconductor chip CHP. It has a logic section LG and an output driver section HV as a high breakdown voltage MOS transistor region using a high breakdown voltage element. In the above-described semiconductor device, for example, one logic unit LG and three output driver units HV are arranged so as to form a matrix in a plan view.

ロジック部LGおよび出力ドライバ部HVが配置される領域の外側(たとえば半導体チップCHPの外縁に比較的近い領域)には基板電極領域が配置され、基板電極領域には基板コンタクトSCNが形成されている。ただし基板コンタクトSCNが形成される位置は半導体チップCHPの外縁側に限らず任意の位置とすることができる。たとえば基板コンタクトSCNは半導体チップCHPの中央部に形成されてもよい。   A substrate electrode region is arranged outside a region where the logic unit LG and the output driver unit HV are arranged (for example, a region relatively close to the outer edge of the semiconductor chip CHP), and a substrate contact SCN is formed in the substrate electrode region. . However, the position where the substrate contact SCN is formed is not limited to the outer edge side of the semiconductor chip CHP, but may be any position. For example, the substrate contact SCN may be formed at the center of the semiconductor chip CHP.

図1および図2を参照して、ロジック部LGまたは出力ドライバ部HVとしての素子形成領域DFRは、高アスペクト比の凹部内に絶縁膜を有するいわゆるDTI(Deep Trench Isolation)構造としての素子分離領域DTRによって平面視において取り囲まれている。素子分離領域DTRは半導体基板SUBの主表面に形成されている。   Referring to FIGS. 1 and 2, an element formation region DFR as a logic portion LG or an output driver portion HV has a so-called DTI (Deep Trench Isolation) structure having an insulating film in a recess having a high aspect ratio. It is surrounded by the DTR in plan view. The element isolation region DTR is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB.

次に、上記半導体装置の断面構成について図3を用いて説明する。
図3を参照して、半導体基板SUBは、たとえばp型不純物領域PSBと、p型エピタキシャル層PE1と、n型埋め込み層NBLと、p型エピタキシャル層PE2とがこの順に積層された構成を有している。
Next, a cross-sectional configuration of the semiconductor device will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 3, semiconductor substrate SUB has a configuration in which, for example, p-type impurity region PSB, p-type epitaxial layer PE1, n-type buried layer NBL, and p-type epitaxial layer PE2 are stacked in this order. ing.

p型不純物領域PSRは比較的p型(第1導電型)の不純物濃度が高い(p+領域としての)基板領域であり、半導体基板SUBのうちCMOSトランジスタなどが形成される主表面から最も離れた領域(図3の半導体基板SUBのうち最も下側の領域)に形成されている。 The p-type impurity region PSR is a substrate region having a relatively high p-type (first conductivity type) impurity concentration (as a p + region), and is farthest from a main surface of the semiconductor substrate SUB where a CMOS transistor or the like is formed. (The lowermost region of the semiconductor substrate SUB in FIG. 3).

n型埋め込み層NBL(埋め込み領域)は、半導体基板SUB内のうち、p型不純物領域PSBよりもCMOSトランジスタなどが形成される主表面に近い側(図3の上側)に位置するように形成された、中程度のn型(第2導電型)の不純物濃度を有するn型不純物領域である。p型エピタキシャル層PE1,PE2は比較的p型不純物濃度が低いp-領域である。 The n-type buried layer NBL (buried region) is formed in the semiconductor substrate SUB so as to be located closer to the main surface on which the CMOS transistor and the like are formed (upper side in FIG. 3) than the p-type impurity region PSB. Further, the n-type impurity region has a medium n-type (second conductivity type) impurity concentration. The p-type epitaxial layers PE1 and PE2 are p regions having a relatively low p-type impurity concentration.

半導体基板SUBを構成するこれらの各層は、いずれもn型またはp型の導電性不純物を含む半導体領域として形成されている。なお上記の各領域(p型不純物領域PSB、p型エピタキシャル層PE1、n型埋め込み層NBLおよびp型エピタキシャル層PE2)は、平面視において半導体基板SUBの全面に形成されている。ただしここでの全面とは、素子分離領域DTRおよび基板コンタクトSCNなどが形成される領域を除く半導体基板SUBの平面視における全領域を意味する。   Each of these layers constituting the semiconductor substrate SUB is formed as a semiconductor region containing n-type or p-type conductive impurities. The above-described regions (p-type impurity region PSB, p-type epitaxial layer PE1, n-type buried layer NBL, and p-type epitaxial layer PE2) are formed over the entire surface of semiconductor substrate SUB in plan view. However, the entire surface here means the entire region of the semiconductor substrate SUB in plan view excluding the region where the element isolation region DTR and the substrate contact SCN are formed.

ロジック部LGとしてのCMOSトランジスタ領域、および出力ドライバ部HVとしての高耐圧MOSトランジスタ領域にはn型トランジスタおよびp型トランジスタの双方が形成される場合がある。このため図3に示すようにp型エピタキシャル層PE2の形成される領域に高耐圧用n型ウェル領域HNWが形成されてもよいし、高耐圧用n型ウェル領域HNWの代わりにたとえば図示されないp型ウェル領域が形成されてもよい。あるいはn型ウェル領域とp型ウェル領域との双方が形成されてもよい。   Both an n-type transistor and a p-type transistor may be formed in the CMOS transistor region as the logic portion LG and the high breakdown voltage MOS transistor region as the output driver portion HV. Therefore, as shown in FIG. 3, a high-breakdown-voltage n-type well region HNW may be formed in a region where the p-type epitaxial layer PE2 is formed, or, for example, a p-not-shown p-type well may be used instead of the high-breakdown-voltage n-type well region HNW. A mold well region may be formed. Alternatively, both the n-type well region and the p-type well region may be formed.

ロジック部LGとしてのCMOSトランジスタ領域および出力ドライバ部HVとしての高耐圧MOSトランジスタ領域を取り囲む素子分離領域DTRは、凹部TIの内部に絶縁膜II1と中空AGとが形成された構成を有している。具体的には、半導体基板SUBの主表面(p型エピタキシャル層PE2のn型埋め込み層NBLと接する主表面の反対側の主表面)から半導体基板SUBの内部に延び、かつ半導体基板SUBの主表面に垂直な方向(エピタキシャル層PE1などが積層される方向)に延びるように凹部TIが形成されている。凹部TIの側壁および底壁には絶縁膜II1が形成され、凹部TI内のうち絶縁膜II1に囲まれた領域には絶縁膜II1が配置されない空隙(気泡)としての中空AGが形成されている。   The element isolation region DTR surrounding the CMOS transistor region as the logic portion LG and the high breakdown voltage MOS transistor region as the output driver portion HV has a configuration in which the insulating film II1 and the hollow AG are formed inside the concave portion TI. . Specifically, the semiconductor substrate SUB extends from the main surface (the main surface of the p-type epitaxial layer PE2 opposite to the main surface in contact with the n-type buried layer NBL) into the inside of the semiconductor substrate SUB, and the main surface of the semiconductor substrate SUB. Is formed so as to extend in a direction perpendicular to the vertical direction (the direction in which the epitaxial layers PE1 and the like are stacked). An insulating film II1 is formed on the side wall and the bottom wall of the concave portion TI, and a hollow AG as a void (bubble) in which the insulating film II1 is not disposed is formed in a region surrounded by the insulating film II1 in the concave portion TI. .

基板電極領域の基板コンタクトSCNは、凹部TIの内部に絶縁膜II1と基板コンタクト導電層CDLとが形成された構成を有している。具体的には、凹部TIの側壁上に絶縁膜II1が形成され、凹部TI内のうち絶縁膜II1に囲まれた領域は基板コンタクト導電層CDLで充填されている。基板コンタクト導電層CDLは凹部TIの延在する方向に沿って延在し、凹部TIの底壁に達するように形成されている。   The substrate contact SCN in the substrate electrode region has a configuration in which the insulating film II1 and the substrate contact conductive layer CDL are formed inside the concave portion TI. Specifically, the insulating film II1 is formed on the side wall of the concave portion TI, and a region surrounded by the insulating film II1 in the concave portion TI is filled with the substrate contact conductive layer CDL. Substrate contact conductive layer CDL extends along the direction in which concave portion TI extends, and is formed to reach the bottom wall of concave portion TI.

絶縁膜II1は半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)の主表面のうち素子分離領域DTR、基板コンタクトSCNおよび(CMOSトランジスタ領域などにおいて)プラグ導電層PL1が形成される領域以外の領域を覆う層間絶縁膜IIの上面を覆うように形成されている。この絶縁膜II1は、層間絶縁膜IIの上面上の領域から凹部TI内にまで連なるように形成されている。ここで凹部TI内とは、素子分離領域DTRを構成する凹部TIの側壁上および底壁上、ならびに基板コンタクトSCNを構成する凹部TIの側壁上を意味する。   The insulating film II1 is an interlayer covering a region other than the region where the element isolation region DTR, the substrate contact SCN and the plug conductive layer PL1 (in the CMOS transistor region or the like) are formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2). It is formed so as to cover the upper surface of the insulating film II. The insulating film II1 is formed so as to extend from the region on the upper surface of the interlayer insulating film II to the inside of the concave portion TI. Here, the inside of the concave portion TI means on the side wall and the bottom wall of the concave portion TI forming the element isolation region DTR, and on the side wall of the concave portion TI forming the substrate contact SCN.

素子分離領域DTRおよび基板コンタクトSCNの凹部TIは、半導体基板SUBの内部において、p型エピタキシャル層PE2の一方の主表面から、p型エピタキシャル層PE2、n型埋め込み層NBLおよびp型エピタキシャル層PE1を貫通してp型不純物領域PSB内に達するように形成されている。しかし凹部TIはこのような態様に限らず、たとえばp型エピタキシャル層PE2、n型埋め込み層NBLおよびp型エピタキシャル層PE1を貫通してp型エピタキシャル層PE1の最下部まで(p型不純物領域PSBの内部に入り込まないように)延在する態様であってもよい。ただし凹部TIはn型埋め込み層NBLを貫通してp型不純物領域PSBに達するするように形成されることが好ましい。   The element isolation region DTR and the concave portion TI of the substrate contact SCN are formed by forming the p-type epitaxial layer PE2, the n-type buried layer NBL and the p-type epitaxial layer PE1 from one main surface of the p-type epitaxial layer PE2 inside the semiconductor substrate SUB. It is formed so as to penetrate into p-type impurity region PSB. However, the concave portion TI is not limited to such an embodiment. For example, the concave portion TI may penetrate through the p-type epitaxial layer PE2, the n-type buried layer NBL and the p-type epitaxial layer PE1 to the lowermost portion of the p-type epitaxial layer PE1 (of the p-type impurity region PSB). It may be a mode that extends (so as not to enter the inside). However, it is preferable that the concave portion TI is formed so as to penetrate the n-type buried layer NBL and reach the p-type impurity region PSB.

なお後述するように、基板コンタクトSCNの基板コンタクト導電層CDL、およびプラグ導電層PL1を覆い、これらと電気的に接続するように配線層ICL1が形成されている。   As described later, a wiring layer ICL1 is formed so as to cover the substrate contact conductive layer CDL of the substrate contact SCN and the plug conductive layer PL1, and to be electrically connected to these.

次に図4を用いて、図3のCMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域の構成についてより詳細に説明する。   Next, the configurations of the CMOS transistor region and the high-voltage MOS transistor region of FIG. 3 will be described in more detail with reference to FIG.

図4を参照して、半導体チップCHPに含まれる半導体基板SUBは、(上記のように)p型不純物領域PSB、p型エピタキシャル層PE1、n型埋め込み層NBLおよびp型エピタキシャル層PE2により構成され、これらはいずれも導電性不純物を含む半導体領域である。すなわち半導体基板SUBは半導体領域のみからなっている。   Referring to FIG. 4, a semiconductor substrate SUB included in a semiconductor chip CHP includes a p-type impurity region PSB (as described above), a p-type epitaxial layer PE1, an n-type buried layer NBL, and a p-type epitaxial layer PE2. These are all semiconductor regions containing conductive impurities. That is, the semiconductor substrate SUB includes only a semiconductor region.

ここで半導体基板SUBが「半導体領域のみからなる」とは、バルクの半導体基板であることを意味し、SOI(Silicon on Insulator)基板などの絶縁膜を間に挟んだ基板を含まない。ただし、この「半導体基板」にはLOCOS(Local Oxidation of Silicon)やSTI(Shallow Trench Isolation)のような素子分離用の絶縁膜が形成されてもよい。   Here, the expression that the semiconductor substrate SUB is composed of only a semiconductor region means that it is a bulk semiconductor substrate, and does not include a substrate such as an SOI (Silicon on Insulator) substrate with an insulating film interposed therebetween. However, an insulating film for element isolation such as LOCOS (Local Oxidation of Silicon) or STI (Shallow Trench Isolation) may be formed on the “semiconductor substrate”.

したがって素子分離領域DTRなどの凹部TIは絶縁性を有する領域を貫通することなく形成される。ただし後述するように、半導体基板SUBはさらにp型埋め込み層を含んでいてもよい。   Therefore, the concave portion TI such as the element isolation region DTR is formed without penetrating the insulating region. However, as described later, the semiconductor substrate SUB may further include a p-type buried layer.

CMOSトランジスタ領域にはたとえばCMOSトランジスタが形成されており、このCMOSトランジスタは、図4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。すなわちCMOSトランジスタ領域にはNMOSトランジスタが形成されるNMOS領域とPMOSトランジスタが形成されるPMOS領域とを有しており、NMOS領域にはNMOSトランジスタが、PMOS領域にはPMOSトランジスタが、それぞれ形成されている。なおここには、論理回路として用いられるCMOSトランジスタのなかでも、他の半導体装置と電気的に接続される入出力回路(I/O回路)として用いられるNMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタが一例として図示されている。   For example, a CMOS transistor is formed in the CMOS transistor region, and this CMOS transistor has a configuration in which an NMOS transistor on the left side of FIG. 4 and a PMOS transistor on the right side are combined. That is, the CMOS transistor region has an NMOS region in which an NMOS transistor is formed and a PMOS region in which a PMOS transistor is formed. An NMOS transistor is formed in the NMOS region, and a PMOS transistor is formed in the PMOS region. I have. Note that among the CMOS transistors used as logic circuits, NMOS transistors and PMOS transistors used as input / output circuits (I / O circuits) electrically connected to other semiconductor devices are shown as examples. I have.

NMOSトランジスタはp型エピタキシャル層PE2に形成された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(導電領域)と、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEと、側壁絶縁膜SWとを主に有している。PMOSトランジスタはp型エピタキシャル層PE2に形成された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(導電領域)と、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEと、側壁絶縁膜SWとを主に有している。 The NMOS transistor includes a p-type well region PWR formed in the p-type epitaxial layer PE2, an n + region NR (conductive region) as a source or drain region, a gate insulating film GI, a gate electrode layer GE, and a sidewall insulating layer. And a film SW. The PMOS transistor includes an n-type well region NWR formed in a p-type epitaxial layer PE2, ap + region PR (conductive region) as a source region or a drain region, a gate insulating film GI, a gate electrode layer GE, and sidewall insulation. And a film SW.

高耐圧MOSトランジスタ領域には高い電圧下での使用に耐えうる高耐圧MOSトランジスタが形成されている。この高耐圧MOSトランジスタは、n型ウェル領域NWRと、n型オフセット領域NORと、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およびp+領域PR(導電領域)と、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEと、側壁絶縁膜SWとを主に有している。以上のようにNMOSトランジスタなどの素子は、半導体基板SUBの主表面に導電領域を有するように形成されている。 In the high withstand voltage MOS transistor region, a high withstand voltage MOS transistor that can withstand use under a high voltage is formed. This high voltage MOS transistor includes an n-type well region NWR, an n-type offset region NOR, a p-type well region PWR, an n + region NR and a p + region PR (conductive region) as a source or drain region, It mainly has a gate insulating film GI, a gate electrode layer GE, and a sidewall insulating film SW. As described above, an element such as an NMOS transistor is formed so as to have a conductive region on the main surface of the semiconductor substrate SUB.

なおCMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタを構成するp型ウェル領域PWRおよびn型ウェル領域NWRは図4においてはp型エピタキシャル層PE2に形成されているが、図3に示す高耐圧用n型ウェル領域HNWに形成されてもよい。また本実施の形態においては、n+領域NR、p+領域PRおよびゲート電極層GEのそれぞれの表面上にコバルトシリサイド層SCが形成されていることが好ましいが、コバルトシリサイド層SCは省略されてもよい。またゲート電極層GEなどのコバルトシリサイド層SC上にはさらに窒化膜NFが形成されていることが好ましいが、この窒化膜NFも省略されてもよい。 Although the p-type well region PWR and the n-type well region NWR constituting the CMOS transistor and the high-voltage MOS transistor are formed in the p-type epitaxial layer PE2 in FIG. 4, the high-voltage n-type well region shown in FIG. It may be formed in the HNW. In the present embodiment, it is preferable that cobalt silicide layer SC is formed on each surface of n + region NR, p + region PR, and gate electrode layer GE, but cobalt silicide layer SC is omitted. Is also good. It is preferable that a nitride film NF is further formed on cobalt silicide layer SC such as gate electrode layer GE, but this nitride film NF may be omitted.

図4のCMOSトランジスタ領域に形成されるCMOSトランジスタとしての1組のNMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタの間を電気的に分離するために、両者の間の半導体基板SUBの主表面には埋め込み絶縁膜BILが形成されている。埋め込み絶縁膜BILは半導体基板SUBの主表面に選択的に形成された凹部の内部が絶縁膜(たとえばシリコン酸化膜)で埋められた構成を有している。   A buried insulating film BIL is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB between the pair of NMOS transistors and PMOS transistors as a CMOS transistor formed in the CMOS transistor region of FIG. Is formed. The buried insulating film BIL has a configuration in which the inside of a concave portion selectively formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB is filled with an insulating film (for example, a silicon oxide film).

同様の埋め込み絶縁膜BILは、高耐圧MOSトランジスタの一部の領域にも形成されている。またCMOSトランジスタ(領域)および高耐圧MOSトランジスタ(領域)を平面的に外側から取り囲む素子分離領域DTRは、CMOSトランジスタ(領域)および高耐圧MOSトランジスタ(領域)をそれぞれの外側の領域と電気的に分離するために半導体基板SUBの主表面に形成された埋め込み絶縁膜BILを貫通し、埋め込み絶縁膜BILをその左側と右側とに二分する。さらに基板コンタクトSCNも、半導体基板SUBの主表面に形成された埋め込み絶縁膜BILを貫通し、埋め込み絶縁膜BILをその左側と右側とに二分する。   The similar buried insulating film BIL is also formed in a part of the high voltage MOS transistor. The element isolation region DTR which surrounds the CMOS transistor (region) and the high-voltage MOS transistor (region) from the outside in a plan view electrically connects the CMOS transistor (region) and the high-voltage MOS transistor (region) to the respective outer regions. In order to separate the buried insulating film BIL formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB, the buried insulating film BIL is divided into a left side and a right side. Further, the substrate contact SCN also penetrates through the buried insulating film BIL formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB, and bisects the buried insulating film BIL into a left side and a right side.

素子分離領域DTRが形成される半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)の主表面上には、CMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタを覆うように、たとえばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜IIが形成されている。層間絶縁膜IIの上面を覆うように、たとえばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜II1(絶縁膜)が形成されている。この層間絶縁膜II1は層間絶縁膜IIと同様にCMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタ(素子)上を覆うように形成され、CMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域の平面視における外側において、半導体基板SUBの主表面に形成される素子分離領域DTRの側壁上および底壁上をも覆うように形成されている。   On the main surface of semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2) on which element isolation region DTR is formed, an interlayer insulating film II made of, for example, a silicon oxide film is formed so as to cover the CMOS transistor and the high voltage MOS transistor. ing. An interlayer insulating film II1 (insulating film) made of, for example, a silicon oxide film is formed so as to cover the upper surface of interlayer insulating film II. This interlayer insulating film II1 is formed so as to cover the CMOS transistor and the high voltage MOS transistor (element) similarly to the interlayer insulating film II, and the semiconductor substrate SUB is provided outside the CMOS transistor region and the high voltage MOS transistor region in plan view. Is formed so as to cover also the side walls and the bottom wall of the element isolation region DTR formed on the main surface of the semiconductor device.

半導体基板SUBの主表面から内部に延びるように形成された凹部TIは、基板電極領域において基板コンタクトSCNを構成する第1の凹部TIと、CMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域を平面視において外側から囲むように形成される素子分離領域DTRを構成する、第1の凹部とは異なる第2の凹部TIとを有している。第1および第2の凹部TIはいずれも半導体基板SUBの主表面から内部に延びるように形成されている。   The concave portion TI formed so as to extend from the main surface of the semiconductor substrate SUB to the inside, the first concave portion TI forming the substrate contact SCN in the substrate electrode region, and the CMOS transistor region and the high-voltage MOS transistor region outside in a plan view. And a second concave portion TI different from the first concave portion, which constitutes an element isolation region DTR formed so as to surround from the first concave portion. Both the first and second recesses TI are formed to extend from the main surface of the semiconductor substrate SUB to the inside.

半導体基板SUBの主表面上に形成される層間絶縁膜II1は、半導体基板SUBの主表面に形成される素子分離領域DTRを構成する凹部TIの内部の一部を埋め込むように形成されている。ただし層間絶縁膜II1は、素子分離領域DTRを構成する凹部TIの内部を完全に埋め込まずに部分的に埋め込む。このため素子分離領域DTRを構成する凹部TIの内部には閉塞された中空AGが形成されている。その結果、素子分離領域DTRは凹部TIの内部のうち特に側壁上および底壁上が層間絶縁膜II1で覆われるように形成されている。層間絶縁膜II1は素子分離領域DTRを構成する凹部TIの側壁上および底壁上の全体を覆うことが好ましい。   The interlayer insulating film II1 formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB is formed so as to bury a part of the inside of the concave portion TI constituting the element isolation region DTR formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. However, the interlayer insulating film II1 is not completely filled in the recesses TI constituting the element isolation regions DTR but is partially filled. Therefore, a closed hollow AG is formed inside the concave portion TI constituting the element isolation region DTR. As a result, the element isolation region DTR is formed such that the inner side of the concave portion TI, particularly on the side wall and the bottom wall, is covered with the interlayer insulating film II1. It is preferable that the interlayer insulating film II1 entirely covers the side walls and the bottom wall of the concave portion TI forming the element isolation region DTR.

素子分離領域DTR内の中空AGは、凹部TIの延在する方向(図4の上下方向)に沿って延在し、凹部TIの(図4の上下方向の)長さよりは短く、かつ凹部TIの(図4の左右方向の)幅よりも狭い幅を有している。しかし中空AGは、図4の上下方向に関して凹部TIの長さに比較的近い長さを有していることが好ましい。言い換えれば中空AGは、半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)の主表面に近い領域から、凹部TIの底壁に近い領域まで延びることが好ましい。   The hollow AG in the element isolation region DTR extends along the direction in which the concave portion TI extends (vertical direction in FIG. 4), is shorter than the length of the concave portion TI (vertical direction in FIG. 4), and has the concave portion TI. (Width in the left-right direction of FIG. 4). However, the hollow AG preferably has a length relatively close to the length of the concave portion TI in the vertical direction in FIG. In other words, the hollow AG preferably extends from a region near the main surface of the semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2) to a region near the bottom wall of the concave portion TI.

また中空AGは、図4の上側において下側よりも幅が狭くなるように形成されることが好ましい。つまり図3においては中空AGはその全体において幅がほぼ一定となるように図示されているが、これは実際には図4に示すような先細りの形状を有することが好ましい。先細りの形状を有する中空AGの上端部は閉塞されており、周囲が層間絶縁膜II1で囲まれた気泡として中空AGが形成されている。   Further, it is preferable that the hollow AG is formed so that the width is narrower on the upper side in FIG. 4 than on the lower side. That is, in FIG. 3, the hollow AG is illustrated so that the width thereof is substantially constant over the whole, but it is preferable that the hollow AG actually has a tapered shape as shown in FIG. The upper end of the hollow AG having a tapered shape is closed, and the hollow AG is formed as a bubble surrounded by the interlayer insulating film II1.

基板電極領域の基板コンタクトSCNにおいても、素子分離領域DTRと同様に、凹部TIが、半導体基板SUBの一方の主表面(層間絶縁膜II1と接する主表面)から、素子分離領域DTRの凹部TIの底面とほぼ同じ深さ(たとえばp型不純物領域PSB内)まで、図4の上下方向に延在するように形成されている。   Also in the substrate contact SCN in the substrate electrode region, similarly to the element isolation region DTR, the concave portion TI extends from one main surface of the semiconductor substrate SUB (the main surface in contact with the interlayer insulating film II1) to the concave portion TI of the element isolation region DTR. It is formed so as to extend in the vertical direction in FIG. 4 to almost the same depth as the bottom surface (for example, in the p-type impurity region PSB).

半導体基板SUBの主表面上に形成される層間絶縁膜II1は、半導体基板SUBの主表面に形成される基板コンタクトSCNを構成する第1の凹部TIの内部の一部を埋め込むように形成されている。この層間絶縁膜II1は第1の凹部TIの側壁上を覆うように形成されるが、凹部TIの底壁上の少なくとも一部(たとえば中央部)を覆わず当該底壁において半導体基板SUBを露出するように形成される。層間絶縁膜II1は基板コンタクトSCNを構成する第1の凹部TIの側壁上の全体を覆うことが好ましい。   The interlayer insulating film II1 formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB is formed so as to bury a part of the inside of the first concave portion TI constituting the substrate contact SCN formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. I have. This interlayer insulating film II1 is formed so as to cover the side wall of the first recess TI, but does not cover at least a part (for example, the center) on the bottom wall of the recess TI and exposes the semiconductor substrate SUB on the bottom wall. It is formed so that. It is preferable that the interlayer insulating film II1 entirely covers the side wall of the first concave portion TI forming the substrate contact SCN.

基板コンタクトSCNの第1の凹部TI内(たとえば凹部TI内の絶縁膜II1に囲まれた中央部)を、凹部TIが延在する方向(図4の上下方向)に延在する第1の導電層としての基板コンタクト導電層CDLは、層間絶縁膜II1の一方の主表面(半導体基板SUBと接する主表面の反対側の主表面)から凹部TIの底壁に達するように形成される。言い換えれば基板コンタクトSCNの基板コンタクト導電層CDLは、層間絶縁膜II1および凹部TI内の一部の領域に形成されたコンタクトホールCH1A、および上記の素子分離領域DTRと同様の中空AGの内部を埋めるように形成される。   A first conductive material extending in the first concave portion TI of the substrate contact SCN (for example, a central portion surrounded by the insulating film II1 in the concave portion TI) in the direction in which the concave portion TI extends (the vertical direction in FIG. 4). The substrate contact conductive layer CDL as a layer is formed so as to reach the bottom wall of the concave portion TI from one main surface of the interlayer insulating film II1 (the main surface opposite to the main surface in contact with the semiconductor substrate SUB). In other words, the substrate contact conductive layer CDL of the substrate contact SCN fills the inside of the interlayer insulating film II1 and the contact hole CH1A formed in a part of the region within the concave portion TI, and the hollow AG similar to the above-described element isolation region DTR. It is formed as follows.

また基板コンタクトSCNの第1の凹部TIが形成される、層間絶縁膜II1の一方の主表面上には、配線層ICL1が形成されており、この配線層ICL1は基板コンタクトSCNの基板コンタクト導電層CDLを覆うように形成されている。したがって基板コンタクトSCNの基板コンタクト導電層CDLは配線層ICL1および半導体基板SUB(p型不純物領域PSB)の双方と電気的に接続されている。   A wiring layer ICL1 is formed on one main surface of the interlayer insulating film II1 where the first concave portion TI of the substrate contact SCN is formed, and the wiring layer ICL1 is a substrate contact conductive layer of the substrate contact SCN. It is formed so as to cover the CDL. Therefore, substrate contact conductive layer CDL of substrate contact SCN is electrically connected to both wiring layer ICL1 and semiconductor substrate SUB (p-type impurity region PSB).

配線層ICL1は、層間絶縁膜II1の一方の主表面上のうち、基板コンタクトSCNの基板コンタクト導電層CDLの真上の領域のみならず、CMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタのソース/ドレイン領域(導電部分)としての領域NR,PRの真上の領域にも形成されている。上記領域NR,PRと、その真上の領域に形成される配線層ICL1との間には、層間絶縁膜IIおよび層間絶縁膜II1を図4の上下方向に貫通するように延在するプラグ導電層PL1が形成されている。   The wiring layer ICL1 is formed on one main surface of the interlayer insulating film II1 not only in a region directly above the substrate contact conductive layer CDL of the substrate contact SCN but also in a source / drain region (conductive region) of a CMOS transistor and a high voltage MOS transistor. It is also formed in the region just above the regions NR and PR as (parts). Between the regions NR and PR and the wiring layer ICL1 formed immediately above the regions NR and PR, a plug conductive film extending so as to penetrate the interlayer insulating film II and the interlayer insulating film II1 in the vertical direction of FIG. The layer PL1 is formed.

一方、第2の導電層としてのプラグ導電層PL1は、層間絶縁膜II1の一方の主表面から他方の主表面(半導体基板SUBの一方の主表面)に形成されるCMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタの領域NR,PRに達するように形成されたコンタクトホールCH1B内を埋めるように形成される。プラグ導電層PL1は、その真上の配線層ICL1とその真下の領域NR,PR(CMOSトランジスタなどの素子)とを電気的に接続する。   On the other hand, plug conductive layer PL1 as a second conductive layer is formed of a CMOS transistor and a high-voltage MOS transistor formed from one main surface of interlayer insulating film II1 to the other main surface (one main surface of semiconductor substrate SUB). Of the contact holes CH1B formed so as to reach the regions NR and PR of FIG. The plug conductive layer PL1 electrically connects the wiring layer ICL1 directly above and the regions NR and PR (elements such as CMOS transistors) immediately below the wiring layer ICL1.

第1の孔部としてのコンタクトホールCH1Aは、層間絶縁膜II1の上面(上側の表面)から、基板電極領域の第1の凹部TI内を通じて凹部TIの底壁に達し、凹部TIの底壁が配置されるp型不純物領域PSBに通じるように、図4の上下方向に延在している。また第2の孔部としてのコンタクトホールCH1Bは、層間絶縁膜II1の上面(上側の表面)からCMOSトランジスタなどのソース/ドレイン領域(導電領域)に達するように形成されている。   The contact hole CH1A as the first hole portion reaches the bottom wall of the concave portion TI from the upper surface (upper surface) of the interlayer insulating film II1 through the first concave portion TI of the substrate electrode region. It extends in the up-down direction of FIG. 4 so as to communicate with the arranged p-type impurity region PSB. The contact hole CH1B as the second hole is formed so as to reach a source / drain region (conductive region) of a CMOS transistor or the like from the upper surface (upper surface) of the interlayer insulating film II1.

第1の導電層としての基板コンタクトSCNの基板コンタクト導電層CDLと、第2の導電層としてのプラグ導電層PL1とは、同一の材料により形成される。   The substrate contact conductive layer CDL of the substrate contact SCN as the first conductive layer and the plug conductive layer PL1 as the second conductive layer are formed of the same material.

配線層ICL1の上側(半導体基板SUBの反対側)には、配線層ICL1を覆うように層間絶縁膜II1上に層間絶縁膜II2が形成されている。層間絶縁膜II2の一方(層間絶縁膜II1に接する側と反対側)の主表面から配線層ICL1の上面に達するようにコンタクトホールCH2が形成され、コンタクトホールCH2内を埋め込むようにプラグ導電層PL2が形成されている。すなわちプラグ導電層PL2は、層間絶縁膜II2を図4の上下方向に貫通するように延在する。その上方には上記と同様に、層間絶縁膜II3,II4、コンタクトホールCH3,CH4、プラグ導電層PL3,PL4、配線層ICL2,ICL3,ICL4が形成されている。これらの材質などはすべて上記の層間絶縁膜II1、コンタクトホールCH1、プラグ導電層PL1、配線層ICL1と基本的に同様である。さらにその上方にガラスコート膜BMのパターンが形成されてもよい。   On the upper side of the wiring layer ICL1 (the opposite side of the semiconductor substrate SUB), an interlayer insulating film II2 is formed on the interlayer insulating film II1 so as to cover the wiring layer ICL1. Contact hole CH2 is formed to extend from one main surface of interlayer insulating film II2 (the side opposite to the side in contact with interlayer insulating film II1) to the upper surface of wiring layer ICL1, and plug conductive layer PL2 is buried in contact hole CH2. Are formed. That is, plug conductive layer PL2 extends to penetrate interlayer insulating film II2 in the up-down direction in FIG. Above them, the interlayer insulating films II3 and II4, the contact holes CH3 and CH4, the plug conductive layers PL3 and PL4, and the wiring layers ICL2, ICL3, and ICL4 are formed as described above. All of these materials are basically the same as the above-described interlayer insulating film II1, contact hole CH1, plug conductive layer PL1, and wiring layer ICL1. Further, a pattern of the glass coat film BM may be formed thereon.

次に、一実施の形態の半導体装置として、図4に示すCMOSトランジスタ領域、高耐圧MOSトランジスタ領域および基板電極領域を有する半導体チップCHPの製造方法について、図5〜図15を用いて説明する。なお図5〜図15は、図4に示す構成の製造方法を工程ごとに図示しており、図5〜図15に示される各領域は図4に示す各領域と基本的に同一である。   Next, a method of manufacturing a semiconductor chip CHP having a CMOS transistor region, a high-voltage MOS transistor region, and a substrate electrode region shown in FIG. 4 as a semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 15 illustrate the manufacturing method of the configuration shown in FIG. 4 for each step, and each region shown in FIGS. 5 to 15 is basically the same as each region shown in FIG.

図5を参照して、半導体基板として、まず比較的高い濃度のp型不純物領域(第1導電型の基板領域としてのp+領域)を含むp型不純物領域PSBが準備される。 Referring to FIG. 5, a p-type impurity region PSB including a p-type impurity region having a relatively high concentration (p + region as a substrate region of the first conductivity type) is first prepared as a semiconductor substrate.

図6を参照して、p型不純物領域PSBの一方(たとえば上側)の主表面上に、通常のエピタキシャル技術を用いて、p型不純物領域PSBよりもp型不純物濃度が比較的低いp型エピタキシャル層PE1が形成される。   Referring to FIG. 6, p-type epitaxial region having a relatively lower p-type impurity concentration than p-type impurity region PSB is formed on one (for example, upper) main surface of p-type impurity region PSB by using a normal epitaxial technique. The layer PE1 is formed.

図7を参照して、通常のイオン注入技術を用いて、p型エピタキシャル層PE1の内部にn型不純物が、図中の矢印に示すように注入される。これにより、図8を参照して、p型エピタキシャル層PE1の、p型不純物領域PSBよりも主表面側(図7における上側)の全面にn型(第2導電型)の拡散層としてのn型埋め込み層NBLが形成される。   Referring to FIG. 7, an n-type impurity is implanted into p-type epitaxial layer PE1 as shown by an arrow in the figure using a normal ion implantation technique. Thus, referring to FIG. 8, n-type (second conductivity type) diffusion layers as n-type (second conductivity type) diffusion layers are formed over the entire surface of p-type epitaxial layer PE1 on the main surface side (upper side in FIG. 7) with respect to p-type impurity region PSB. A mold buried layer NBL is formed.

さらに図8を参照して、通常のイオン注入技術を用いて、n型埋め込み層NBLの内部にp型不純物が注入されることにより、n型埋め込み層NBLの主表面上の全面にp型の拡散層としてのp型埋め込み層PBLが形成されてもよい。p型埋め込み層PBLの上に、通常のエピタキシャル技術を用いて、p型不純物領域PSBよりもp型不純物濃度が比較的低いp型エピタキシャル層PE2がさらに形成される。   Further, referring to FIG. 8, a p-type impurity is implanted into n-type buried layer NBL using a normal ion implantation technique, so that a p-type impurity is entirely formed on the main surface of n-type buried layer NBL. A p-type buried layer PBL as a diffusion layer may be formed. A p-type epitaxial layer PE2 having a relatively lower p-type impurity concentration than p-type impurity region PSB is further formed on p-type buried layer PBL by using a normal epitaxial technique.

以上のように平面視における全面において、内部に(形成される半導体基板の主表面に沿うように)p型不純物領域PSB、p型エピタキシャル層PE1、n型埋め込み層NBL、p型埋め込み層PBLおよびp型エピタキシャル層PE2を有する半導体基板SUBが形成される。   As described above, the p-type impurity region PSB, the p-type epitaxial layer PE1, the n-type buried layer NBL, the p-type buried layer PBL, and the p-type impurity region PSB are formed inside (along the main surface of the semiconductor substrate to be formed) on the entire surface in plan view. A semiconductor substrate SUB having the p-type epitaxial layer PE2 is formed.

図9を参照して、図5〜図8の各工程で形成された半導体基板SUBの主表面(図9における上側の主表面)の所定の位置に、CMOSトランジスタおよびMOSトランジスタなどの素子が形成される。   Referring to FIG. 9, elements such as CMOS transistors and MOS transistors are formed at predetermined positions on the main surface (upper main surface in FIG. 9) of semiconductor substrate SUB formed in each step of FIGS. Is done.

具体的には、CMOSトランジスタ領域のうちのNMOS領域にはNMOSトランジスタが、PMOS領域にはPMOSトランジスタが、p型エピタキシャル層PE2(または図3に示す高耐圧用n型ウェル領域HNW)に形成される。NMOSトランジスタはp型エピタキシャル層PE2に形成されたp型ウェル領域PWRと、ソース領域またはドレイン領域(導電部分)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、側壁絶縁膜SWとを主に有している。PMOSトランジスタはp型エピタキシャル層PE2に形成された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、側壁絶縁膜SWとを主に有している。 Specifically, an NMOS transistor is formed in the NMOS region of the CMOS transistor region, and a PMOS transistor is formed in the PMOS region in the p-type epitaxial layer PE2 (or the high breakdown voltage n-type well region HNW shown in FIG. 3). You. The NMOS transistor includes a p-type well region PWR formed in a p-type epitaxial layer PE2, an n + region NR as a source or drain region (conductive portion), a gate insulating film GI, a gate electrode layer GE, and a sidewall insulating layer. And a film SW. The PMOS transistor includes an n-type well region NWR formed in a p-type epitaxial layer PE2, ap + region PR as a source or drain region, a gate insulating film GI, a gate electrode layer GE, and a sidewall insulating film SW. Mainly have.

また高耐圧MOSトランジスタ領域には高耐圧MOSトランジスタが、p型エピタキシャル層PE2(または図3に示す高耐圧用n型ウェル領域HNW)に形成される。高耐圧MOSトランジスタはn型ウェル領域NWRと、n型オフセット領域NORと、p型ウェル領域PWRと、n+領域NRと、p+領域PRと、ゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEと、側壁絶縁膜SWとを主に有している。 In the high-voltage MOS transistor region, a high-voltage MOS transistor is formed in the p-type epitaxial layer PE2 (or the high-voltage n-type well region HNW shown in FIG. 3). The high breakdown voltage MOS transistor includes an n-type well region NWR, an n-type offset region NOR, a p-type well region PWR, an n + region NR, a p + region PR, a gate insulating film GI, a gate electrode layer GE, And a sidewall insulating film SW.

上記のCMOSトランジスタおよびMOSトランジスタはコバルトシリサイド層SCを含んでもよい。また上記各素子を平面的に外側から取り囲む領域、基板電極領域、およびNMOSトランジスタとPMOSトランジスタとの間の領域には埋め込み絶縁膜BILが形成される。   The above CMOS transistor and MOS transistor may include a cobalt silicide layer SC. In addition, a buried insulating film BIL is formed in a region surrounding each of the above elements from the outside in a plane, a substrate electrode region, and a region between the NMOS transistor and the PMOS transistor.

図10を参照して、形成されたCMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタを覆うようにし、窒化膜NF(図4参照)を含んでいてもよい。また半導体基板SUB上に、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜IIが形成される。   Referring to FIG. 10, a nitride film NF (see FIG. 4) may be included so as to cover the formed CMOS transistor and the high breakdown voltage MOS transistor. On the semiconductor substrate SUB, an interlayer insulating film II made of a silicon oxide film is formed by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

図11を参照して、層間絶縁膜II上を覆うように、フォトレジストPHRが塗布される。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、層間絶縁膜IIおよび埋め込み絶縁膜BILとが順に異方性エッチングされる。これにより層間絶縁膜IIと埋め込み絶縁膜BILとを貫通する貫通凹部TIA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。   Referring to FIG. 11, a photoresist PHR is applied so as to cover interlayer insulating film II. This photoresist PHR is patterned by a usual photolithography technique. Using the patterned photoresist PHR as a mask, the interlayer insulating film II and the buried insulating film BIL are sequentially anisotropically etched. As a result, a penetrating concave portion TIA penetrating through the interlayer insulating film II and the buried insulating film BIL is formed. Thereafter, the photoresist PHR is removed by ashing or the like.

図12を参照して、層間絶縁膜IIをマスクとしてp型エピタキシャル層PE2に異方性エッチングが施される。これにより、貫通凹部TIAの直下の半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)が選択的に除去される。これにより、半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)の表面からたとえばp型エピタキシャル層PE2、p型埋め込み層PBL、n型埋め込み層NBL、p型エピタキシャル層PE1を貫通してp型不純物領域PSBに達するように凹部TIが形成される。この凹部TIはn型埋め込み層NBLを貫通してp型不純物領域PSBに達するように形成されることが好ましい。   Referring to FIG. 12, anisotropic etching is performed on p-type epitaxial layer PE2 using interlayer insulating film II as a mask. Thus, the semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2) immediately below the through recess TIA is selectively removed. Thus, the surface of the semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2) penetrates, for example, the p-type epitaxial layer PE2, the p-type buried layer PBL, the n-type buried layer NBL, and the p-type epitaxial layer PE1 into the p-type impurity region PSB. A concave portion TI is formed so as to reach. This recess TI is preferably formed to penetrate the n-type buried layer NBL and reach the p-type impurity region PSB.

このようにして半導体基板SUBの主表面から半導体基板SUBの内部に延びる、最終的に第1の凹部および第2の凹部となる凹部TIが形成される。つまり第1の凹部TIおよび第2の凹部TIは同じエッチング処理により、言い換えれば同時に形成される。   In this manner, a concave portion TI that finally extends from the main surface of the semiconductor substrate SUB to the inside of the semiconductor substrate SUB and that becomes the first concave portion and the second concave portion is formed. That is, the first concave portion TI and the second concave portion TI are formed by the same etching process, in other words, simultaneously.

図13を参照して、各素子上および基板電極領域のp型エピタキシャル層PE2の表面上の層間絶縁膜IIを覆うように、かつ凹部TI内に、閉塞された中空AGを形成するように各素子上および凹部TI内に絶縁膜II1(絶縁膜)が形成される。具体的には、半導体基板SUBの主表面上と凹部TIの側壁上および底壁上とに層間絶縁膜II1が形成される。ここで凹部TIのアスペクト比が高く(層間)絶縁膜II1は凹部TI内の全体を埋めることが困難であるため、凹部TIの特に側壁上および底壁上を除く中央部には絶縁膜II1が供給されなくなる結果、気泡状の中空AGが形成される。   Referring to FIG. 13, each of the elements is formed so as to cover the interlayer insulating film II on the surface of the p-type epitaxial layer PE2 in the substrate electrode region and to form a closed hollow AG in the concave portion TI. An insulating film II1 (insulating film) is formed on the element and in the concave portion TI. Specifically, an interlayer insulating film II1 is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB and on the side wall and bottom wall of concave portion TI. Here, since the concave portion TI has a high aspect ratio (interlayer) and it is difficult to fill the entirety of the concave portion TI, the insulating film II1 is formed at the central portion of the concave portion TI, especially on the side walls and on the bottom wall. As a result, the hollow AG is formed as a bubble.

上記の絶縁膜II1は、たとえば1320nmの厚みのBP−TEOS、および通常のシリコン酸化膜により形成される。この絶縁膜II1の上面がたとえば(Chemical Mechanical Polishing)法により研磨除去される。ただし絶縁膜II1は、上記のように導電性の不純物を含んだ絶縁膜(BP−TEOS)に限らず、たとえば導電性の不純物を含まない通常のシリコン酸化膜であってもよい。   The insulating film II1 is formed of, for example, a BP-TEOS having a thickness of 1320 nm and a normal silicon oxide film. The upper surface of the insulating film II1 is polished and removed by, for example, a (Chemical Mechanical Polishing) method. However, the insulating film II1 is not limited to the insulating film containing conductive impurities (BP-TEOS) as described above, and may be, for example, a normal silicon oxide film containing no conductive impurities.

ここで凹部TI内に形成される中空AGは図13の上下方向に関して凹部TIの長さに(比較的)近い、つまり凹部TIとほぼ同じ(図13の上下方向の)長さを有していることが好ましい。すなわち中空AGは半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)の主表面に近い領域から、凹部TIの底壁に近い領域まで延びることが好ましい。また中空AGは図13の凹部TIの上側(半導体基板SUBの主表面に近い側)において下側(凹部TIの底壁に近い側)よりも幅が狭くなるように形成される。これを言い換えれば凹部TIの側壁上に形成される絶縁膜II1(層間絶縁膜II1)の厚みは、凹部TIの上側において下側よりも厚くなる。   Here, the hollow AG formed in the concave portion TI is (relatively) close to the length of the concave portion TI in the vertical direction of FIG. 13, that is, has substantially the same length (vertical direction of FIG. 13) as the concave portion TI. Is preferred. That is, hollow AG preferably extends from a region near the main surface of semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2) to a region near the bottom wall of concave portion TI. The hollow AG is formed so as to have a smaller width on the upper side (closer to the main surface of the semiconductor substrate SUB) of the concave portion TI in FIG. 13 than on the lower side (closer to the bottom wall of the concave portion TI). In other words, the thickness of the insulating film II1 (interlayer insulating film II1) formed on the side wall of the concave portion TI is greater above the concave portion TI than below.

以上のように図13の工程においては、最終的に第1の凹部TIとなる凹部TIと、最終的に第2の凹部TIとなる凹部TIとの双方の側壁上および底壁上に絶縁膜II1が形成される。   As described above, in the process of FIG. 13, the insulating film is formed on both the side wall and the bottom wall of the concave portion TI that finally becomes the first concave portion TI and the concave portion TI that becomes the second concave portion TI. II1 is formed.

図14を参照して、層間絶縁膜II1上を覆うように、フォトレジストPHRが塗布される。このフォトレジストPHRに対して通常の写真製版技術を行なうことにより、CMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタの導電部分(ソース/ドレイン領域)の真上、および基板電極領域における凹部TI内の真上に開口部が形成されるように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をマスクとして層間絶縁膜II1が異方性エッチングされる。   Referring to FIG. 14, photoresist PHR is applied so as to cover interlayer insulating film II1. By performing a normal photoengraving technique on the photoresist PHR, an opening is formed immediately above the conductive portion (source / drain region) of the CMOS transistor and the high breakdown voltage MOS transistor and directly above the concave portion TI in the substrate electrode region. It is patterned so that a part is formed. The interlayer insulating film II1 is anisotropically etched using the patterned photoresist PHR as a mask.

これにより、CMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域においては、層間絶縁膜II1の最上面からCMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタの導電部分(ソース/ドレイン領域)に達するように第2の孔部としてのコンタクトホールCH1Bが形成される。またこのとき、基板電極領域においては、凹部TI内、特に凹部TI内の中空AGに達するように第1の孔部としてのコンタクトホールCH1Aが形成される。   Thereby, in the CMOS transistor region and the high-breakdown-voltage MOS transistor region, the second hole is formed so as to reach the conductive portion (source / drain region) of the CMOS transistor and the high-breakdown-voltage MOS transistor from the uppermost surface of interlayer insulating film II1. A contact hole CH1B is formed. At this time, in the substrate electrode region, a contact hole CH1A as a first hole is formed so as to reach the hollow AG in the concave portion TI, particularly in the concave portion TI.

ここで形成されるコンタクトホールCH1Aは、コンタクトホールCH1Bと同様にエッチング処理により形成される部分と、元々存在する中空AGとが連結され一体となった態様となる。コンタクトホールCH1Aは中空AGと一体になった後、中空AGの真下に存在する凹部TIの底壁上に形成された絶縁膜II1をエッチングし、中空AGの底壁から凹部TIの底壁(p型不純物領域PSB)に達し最終的に凹部TIの底壁において半導体基板SUB(p型不純物領域PSB)を露出するように形成される。詳しくは、コンタクトホールCH1Aは、まず層間絶縁膜II1の上面から層間絶縁膜II1が図の下側へ向けて、凹部TI内の中空AGに達するようにエッチングされる。このときエッチングは凹部TIの側壁上の絶縁膜II1を残しつつ凹部TIの底壁において半導体基板SUB(たとえばp型不純物領域PSB)に達するように、言い換えれば凹部TIの底壁上の(凹部TIの底壁と中空AGの底壁との間に挟まれた)絶縁膜II1を除去するようになされる。   The contact hole CH1A formed here has a mode in which a portion formed by an etching process and the originally existing hollow AG are connected and integrated like the contact hole CH1B. After the contact hole CH1A is integrated with the hollow AG, the insulating film II1 formed on the bottom wall of the concave portion TI located immediately below the hollow AG is etched, and the bottom wall of the concave portion TI (p Is formed so that the semiconductor substrate SUB (p-type impurity region PSB) is exposed at the bottom wall of the concave portion TI. More specifically, the contact hole CH1A is first etched from the upper surface of the interlayer insulating film II1 so that the interlayer insulating film II1 reaches the lower side in the drawing and reaches the hollow AG in the concave portion TI. At this time, the etching is performed so as to reach the semiconductor substrate SUB (for example, the p-type impurity region PSB) at the bottom wall of the concave portion TI while leaving the insulating film II1 on the side wall of the concave portion TI. The insulating film II1 (between the bottom wall of the hollow AG and the bottom wall of the hollow AG) is removed.

一方、コンタクトホールCH1Bは、コンタクトホールCH1Aを形成するために(中空AGに到達する前に)層間絶縁膜II1を図の下方向へエッチングするのと同じエッチング処理により形成される。すなわち層間絶縁膜II1の上面から素子の導電部分(ソース/ドレイン領域など)に達するようにコンタクトホールCH1Bが形成される。   On the other hand, the contact hole CH1B is formed by the same etching process as that for etching the interlayer insulating film II1 in the downward direction in the drawing to form the contact hole CH1A (before reaching the hollow AG). That is, the contact hole CH1B is formed so as to reach the conductive portion (source / drain region or the like) of the element from the upper surface of the interlayer insulating film II1.

コンタクトホールCH1AとコンタクトホールCH1Bとは同じエッチング処理により形成される。上記のように凹部TI内に形成される絶縁膜II1などが配置されない気泡としての中空AGは、凹部TIの最も上部すなわち半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)の主表面の近くにまで延びるように形成されている。このためコンタクトホールCH1Bが到達すべき導電部分としての領域NR,PRなどと、コンタクトホールCH1Aが到達すべき中空AGとの、層間絶縁膜II1の上側の表面からの距離に大きな差はない。   The contact holes CH1A and CH1B are formed by the same etching process. As described above, the hollow AG as a bubble in which the insulating film II1 and the like formed in the concave portion TI are not disposed so as to extend to the uppermost portion of the concave portion TI, that is, near the main surface of the semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2). Is formed. Therefore, there is no significant difference in the distance from the upper surface of the interlayer insulating film II1 between the regions NR, PR, etc., which are the conductive portions to be reached by the contact hole CH1B, and the hollow AG, to be reached by the contact hole CH1A.

したがって、コンタクトホールCH1Aを形成するために層間絶縁膜II1がエッチングされるべき深さと、コンタクトホールCH1Bを形成するために層間絶縁膜II1がエッチングされるべき深さとに大きな差はない。このため一見まったく深さの異なるコンタクトホールCH1AとコンタクトホールCH1Bとを同じエッチング処理により形成することが可能となる。   Therefore, there is no significant difference between the depth at which the interlayer insulating film II1 should be etched to form the contact hole CH1A and the depth at which the interlayer insulating film II1 should be etched to form the contact hole CH1B. Therefore, it is possible to form the contact holes CH1A and CH1B having seemingly completely different depths by the same etching process.

上記のエッチング処理により、基板電極領域の凹部TI内のコンタクトホールCH1Aは、中空AGと一体になった後、さらに中空AGの真下に存在する、凹部TIの底壁上の絶縁膜II1が除去される。このためコンタクトホールCH1Aは、層間絶縁膜II1の上側の表面から凹部TIの底壁に達するように形成される。   By the above-described etching process, after the contact hole CH1A in the concave portion TI in the substrate electrode region is integrated with the hollow AG, the insulating film II1 on the bottom wall of the concave portion TI, which is located immediately below the hollow AG, is further removed. You. Therefore, contact hole CH1A is formed so as to reach the bottom wall of concave portion TI from the upper surface of interlayer insulating film II1.

コンタクトホールCH1AおよびコンタクトホールCH1Bの(図14の左右方向の)幅は、素子分離領域DTRを形成するための凹部TIの(図14の左右方向の)幅よりも狭いことが好ましい。このようにすれば凹部TI内を通じて凹部TIの底壁に達するようにコンタクトホールCH1Aを形成することができる。またコンタクトホールCH1AとコンタクトホールCH1Bとは同一のエッチング処理により形成されるという観点から、両者の(図14の左右方向の)幅は等しいことが好ましい。   The widths of the contact holes CH1A and CH1B (in the horizontal direction in FIG. 14) are preferably smaller than the widths (in the horizontal direction in FIG. 14) of the recesses TI for forming the element isolation regions DTR. In this way, the contact hole CH1A can be formed so as to reach the bottom wall of the recess TI through the inside of the recess TI. In addition, from the viewpoint that the contact hole CH1A and the contact hole CH1B are formed by the same etching process, it is preferable that both have the same width (in the horizontal direction in FIG. 14).

一例として、コンタクトホールCH1AおよびコンタクトホールCH1Bの幅は0.4μm、素子分離領域DTR(および基板コンタクトSCN)を形成するための凹部TIの幅は0.8μmとすることが好ましい。素子分離領域DTRを非常に深く形成する場合には素子分離領域DTR(および基板コンタクトSCN)を形成するための凹部TIの幅を広くする必要があるが、上記深さがおよそ20μm以下である場合には凹部TIの幅を0.8μmとすることができる。   As an example, the width of contact hole CH1A and contact hole CH1B is preferably 0.4 μm, and the width of concave portion TI for forming element isolation region DTR (and substrate contact SCN) is preferably 0.8 μm. When the element isolation region DTR is formed very deep, it is necessary to increase the width of the concave portion TI for forming the element isolation region DTR (and the substrate contact SCN), but when the depth is approximately 20 μm or less. The width of the concave portion TI can be 0.8 μm.

図15を参照して、フォトレジストPHRがアッシングなどにより除去された後、たとえば通常のスパッタリング法により、層間絶縁膜II1上およびコンタクトホールCH1A,CH1Bの内部の壁面を覆うように、チタン(Ti)および窒化チタン(TiN)の薄膜をバリアメタルとして形成した後、プラズマCVD法によりタングステン(W)の金属薄膜が形成される。次に層間絶縁膜II1上の上記バリアメタルおよび金属薄膜がエッチバックにより除去される。   Referring to FIG. 15, after the photoresist PHR is removed by ashing or the like, titanium (Ti) is applied to cover the interlayer insulating film II1 and the inner wall surfaces of the contact holes CH1A and CH1B by, for example, a normal sputtering method. After forming a thin film of titanium nitride (TiN) as a barrier metal, a metal thin film of tungsten (W) is formed by a plasma CVD method. Next, the barrier metal and the metal thin film on the interlayer insulating film II1 are removed by etch back.

このようにして、コンタクトホールCH1Bの内部にはタングステンの金属薄膜からなるプラグ導電層PL1が形成されると同時に、コンタクトホールCH1Aの内部にはタングステンの金属薄膜からなる基板コンタクト導電層CDLが形成される。すなわち基板コンタクト導電層CDLとプラグ導電層PL1とは同じ成膜処理により形成され、両者は同一の材料により形成される。プラグ導電層PL1はCMOSトランジスタおよび高耐圧MOSトランジスタのソース/ドレイン領域(導電部分)と電気的に接続するように形成される。基板コンタクト導電層CDLは半導体基板SUB(たとえばp型不純物領域PSB)と電気的に接続するように形成される。   Thus, plug conductive layer PL1 made of a tungsten metal thin film is formed inside contact hole CH1B, and at the same time, substrate contact conductive layer CDL made of a tungsten metal thin film is formed inside contact hole CH1A. You. That is, the substrate contact conductive layer CDL and the plug conductive layer PL1 are formed by the same film forming process, and both are formed by the same material. Plug conductive layer PL1 is formed so as to be electrically connected to the source / drain regions (conductive portions) of the CMOS transistor and the high breakdown voltage MOS transistor. Substrate contact conductive layer CDL is formed so as to be electrically connected to semiconductor substrate SUB (for example, p-type impurity region PSB).

なお基板コンタクト導電層CDLはその内部に上記中空AGと同様の気泡としての中空AGAを形成するように形成されてもよい。ただし以下の各図においては中空AGAは省略される。   The substrate contact conductive layer CDL may be formed so as to form therein a hollow AGA as a bubble similar to the above-mentioned hollow AG. However, the hollow AGA is omitted in the following drawings.

以上のようにプラグ導電層PL1および基板コンタクト導電層CDLはタングステンの金属薄膜からなるものであってもよいが、たとえばアルミニウムからなる金属薄膜であってもよい。   As described above, the plug conductive layer PL1 and the substrate contact conductive layer CDL may be made of a metal thin film of tungsten, but may be a metal thin film made of, for example, aluminum.

図16を参照して、プラグ導電層PL1および基板コンタクト導電層CDLの上面に接し、これらと各素子の導電部分または半導体基板SUB(p型不純物領域PSB)とを電気的に接続するように、層間絶縁膜II1上に配線層ICL1が形成される。この配線層ICL1は、たとえば通常のスパッタリング法により、窒化チタンと、銅とアルミニウムとの合金(AlCu)との積層構造として形成されることが好ましいが、上記のプラグ導電層PL1および基板コンタクト導電層CDLと同一の材質であってもよい。一例として、たとえば26.5nmの窒化チタンと450nmのAlCuとの積層構造が形成される。   Referring to FIG. 16, contact is made with the upper surfaces of plug conductive layer PL1 and substrate contact conductive layer CDL to electrically connect them to the conductive portion of each element or semiconductor substrate SUB (p-type impurity region PSB). The wiring layer ICL1 is formed on the interlayer insulating film II1. This wiring layer ICL1 is preferably formed as a laminated structure of titanium nitride and an alloy of copper and aluminum (AlCu) by, for example, a normal sputtering method, but the above-described plug conductive layer PL1 and substrate contact conductive layer are formed. The same material as the CDL may be used. As an example, a laminated structure of, for example, 26.5 nm of titanium nitride and 450 nm of AlCu is formed.

以上により、基板電極領域においては、凹部TI内のコンタクトホールCH1A内に基板コンタクト導電層CDLが形成される。この基板コンタクト導電層CDLは半導体基板SUB(p型不純物領域PSB)と配線層ICL1とを電気的に接続するように形成される。またCMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域においては、コンタクトホールCH1B内にプラグ導電層PL1が形成され、このプラグ導電層PL1がCMOSトランジスタなどの素子(の導電部分)と配線層ICL1とを電気的に接続するように形成される。   As described above, in the substrate electrode region, the substrate contact conductive layer CDL is formed in the contact hole CH1A in the concave portion TI. The substrate contact conductive layer CDL is formed so as to electrically connect the semiconductor substrate SUB (p-type impurity region PSB) and the wiring layer ICL1. In the CMOS transistor region and the high breakdown voltage MOS transistor region, plug conductive layer PL1 is formed in contact hole CH1B, and plug conductive layer PL1 electrically connects (a conductive portion of) a CMOS transistor or the like to wiring layer ICL1. It is formed so that it may be connected to.

以降は基本的に上記の層間絶縁膜II1、プラグ導電層PL1、配線層ICL1の形成工程と同様の形成工程を繰り返すことにより、図4に示すような配線層ICL1の上側の各層が形成されるが、当該工程の詳細な説明は省略する。   Thereafter, basically, by repeating the same forming steps as those for forming the interlayer insulating film II1, the plug conductive layer PL1, and the wiring layer ICL1, each layer above the wiring layer ICL1 as shown in FIG. 4 is formed. However, a detailed description of the process is omitted.

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、基板電極領域において基板コンタクトSCN(基板コンタクト導電層CDL)を形成するために凹部TI内に形成される第1の孔部としてのコンタクトホールCH1Aと、CMOSトランジスタ領域などに形成される第2の孔部としてのコンタクトホールCH1Bとが同じエッチング処理により形成される。このためたとえばコンタクトホールCH1AとコンタクトホールCH1Bとが別のエッチング処理により形成される場合に比べて、当該エッチング処理に必要なマスクの数および処理に要する時間を削減することができる。その結果、処理に要するコストを大幅に削減することができる。
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, a contact hole CH1A as a first hole formed in the concave portion TI for forming a substrate contact SCN (substrate contact conductive layer CDL) in a substrate electrode region, a CMOS transistor region, and the like. The contact hole CH1B as the second hole to be formed is formed by the same etching process. Therefore, for example, the number of masks required for the etching process and the time required for the process can be reduced as compared to the case where the contact holes CH1A and CH1B are formed by different etching processes. As a result, costs required for processing can be significantly reduced.

本実施の形態においては、層間絶縁膜II1の上面から基板電極領域の第1の凹部TI内を通じて凹部TIの底壁に達し、凹部TIの底壁が配置されるp型不純物領域PSBに通じるように、コンタクトホールCH1Aが図4の上下方向に延在している。また層間絶縁膜II1の上面からCMOSトランジスタなどのソース/ドレイン領域(導電領域)に達するようにコンタクトホールCH1Bが形成されている。このことからコンタクトホールCH1AとコンタクトホールCH1Bとが同じエッチング処理により形成されることが検証できる。   In the present embodiment, the top surface of interlayer insulating film II1 reaches the bottom wall of concave portion TI through first concave portion TI of the substrate electrode region, and leads to p-type impurity region PSB in which the bottom wall of concave portion TI is arranged. In addition, a contact hole CH1A extends vertically in FIG. Further, a contact hole CH1B is formed so as to reach a source / drain region (conductive region) of a CMOS transistor or the like from the upper surface of the interlayer insulating film II1. From this, it can be verified that the contact hole CH1A and the contact hole CH1B are formed by the same etching process.

コンタクトホールCH1AとコンタクトホールCH1Bとを同じエッチング処理により形成する工程が実現できる第1の理由は、コンタクトホールCH1Bが形成される基板電極領域の凹部TI内に絶縁膜II1が埋められない中空AGが形成されるためである。すなわち仮に中空AGが存在しなければ、コンタクトホールCH1Aを形成するためにエッチングすべき深さ(層間絶縁膜II1の厚みと凹部TIの深さとの和にほぼ等しい)は、コンタクトホールCH1Bを形成するためにエッチングすべき深さ(層間絶縁膜II1の厚み)に比べて非常に大きくなるため、両者を同じ工程にてエッチングすることが困難となる。凹部TIのアスペクト比が非常に高く、層間絶縁膜II1は部分的にのみ凹部TI内を埋め込み中空AGが形成されるため、コンタクトホールCH1Aを形成するためには中空AGの最上部までエッチングが進めばほぼ十分となる。   The first reason that the step of forming the contact hole CH1A and the contact hole CH1B by the same etching process can be realized is that the hollow AG in which the insulating film II1 is not buried in the concave portion TI in the substrate electrode region where the contact hole CH1B is formed. It is because it is formed. That is, if the hollow AG does not exist, the depth to be etched to form the contact hole CH1A (substantially equal to the sum of the thickness of the interlayer insulating film II1 and the depth of the concave portion TI) forms the contact hole CH1B. For this reason, it becomes very large compared to the depth to be etched (the thickness of the interlayer insulating film II1), so that it is difficult to etch both of them in the same step. Since the concave portion TI has a very high aspect ratio and the interlayer insulating film II1 is partially embedded in the concave portion TI to form the hollow AG, the etching proceeds to the top of the hollow AG in order to form the contact hole CH1A. Would be almost enough.

コンタクトホールCH1AとコンタクトホールCH1Bとを同じエッチング処理により形成する工程が実現できる第2の理由は、コンタクトホールCH1Aが半導体基板SUBの半導体領域のみを貫通するように形成されるためである。すなわち仮にコンタクトホールCH1Aを形成する際にいわゆるSOI基板の内部に埋め込まれた絶縁膜を貫通する必要があるとすれば、当該埋め込まれた絶縁膜は厚くエッチングに時間等を多く要するため、コンタクトホールCH1Bと同じエッチング処理にてエッチングを完遂することは困難となる。本実施の形態において用いられる半導体基板SUBは導電性を有する半導体領域のみから構成されており、上記のような埋め込まれた絶縁膜を有さないため、コンタクトホールCH1AをコンタクトホールCH1Bと同程度のエッチング量にて簡単に形成することができる。   The second reason that the step of forming the contact hole CH1A and the contact hole CH1B by the same etching process can be realized is that the contact hole CH1A is formed so as to penetrate only the semiconductor region of the semiconductor substrate SUB. That is, if it is necessary to penetrate the insulating film buried in the so-called SOI substrate when forming the contact hole CH1A, the buried insulating film is thick and requires much time for etching. It is difficult to complete the etching by the same etching process as CH1B. The semiconductor substrate SUB used in the present embodiment is composed only of a semiconductor region having conductivity, and does not have the buried insulating film as described above, so that the contact hole CH1A is substantially equal to the contact hole CH1B. It can be easily formed by the etching amount.

次に、本実施の形態においては、基板コンタクトSCNを形成するための第1の凹部TIと、素子分離領域DTRを形成するための第2の凹部TIとが図11および図12に示すように同じエッチング処理により形成される。また基板コンタクトSCNを形成するための凹部TI内の絶縁膜II1と、素子分離領域DTRを形成するための凹部TI内の絶縁膜II1とが、図13に示すように同じ成膜処理により形成される。このことからこれらが別個の処理として形成される場合に比べて工程数、処理時間および製造コストを削減することができる。   Next, in the present embodiment, a first recess TI for forming the substrate contact SCN and a second recess TI for forming the element isolation region DTR are formed as shown in FIGS. It is formed by the same etching process. Further, the insulating film II1 in the concave portion TI for forming the substrate contact SCN and the insulating film II1 in the concave portion TI for forming the element isolation region DTR are formed by the same film forming process as shown in FIG. You. Therefore, the number of steps, processing time, and manufacturing cost can be reduced as compared with the case where these are formed as separate processes.

本実施の形態においては、CMOSトランジスタ領域などの素子分離領域DTR用に形成される凹部TIと同じ工程により、基板電極領域において基板コンタクトSCN用に形成される凹部TIが形成される。言い換えれば本実施の形態においては、本来素子分離領域DTRを形成するために形成される凹部TIの一部を利用して基板コンタクトSCNが形成される。上記のように基板コンタクトSCNを形成するためのコンタクトホールCH1Aの形成は、中空AGの存在により、中空AGが仮に存在しない場合に比べて容易になる。このため基板コンタクトSCNを形成するための追加の工程を行なうことなく、他の工程(素子分離領域DTRを形成する工程)において形成される凹部TIを利用して、より簡単に基板コンタクトSCNを形成することができる。すなわち本実施の形態は基板コンタクトSCNを用いて半導体基板SUBの表側の表面から基板の裏側の電位を引き出す要請がある場合に実益がある。   In the present embodiment, a recess TI formed for a substrate contact SCN in a substrate electrode region is formed by the same process as a recess TI formed for an element isolation region DTR such as a CMOS transistor region. In other words, in the present embodiment, the substrate contact SCN is formed using a part of the concave portion TI originally formed for forming the element isolation region DTR. As described above, the formation of the contact hole CH1A for forming the substrate contact SCN is facilitated by the existence of the hollow AG, as compared with the case where the hollow AG is not present. Therefore, the substrate contact SCN can be formed more easily by using the concave portion TI formed in another step (the step of forming the element isolation region DTR) without performing an additional step for forming the substrate contact SCN. can do. That is, the present embodiment has an advantage when there is a request to draw the potential on the back side of the substrate from the front surface of the semiconductor substrate SUB using the substrate contact SCN.

素子分離領域DTRには中空AGが形成されるため、仮に中空AGが形成されない場合に比べて、半導体基板SUB内のうち素子分離領域DTRの凹部TI近傍における応力を低減することができる。   Since the hollow AG is formed in the element isolation region DTR, the stress in the vicinity of the concave portion TI of the element isolation region DTR in the semiconductor substrate SUB can be reduced as compared with the case where the hollow AG is not formed.

またコンタクトホールCH1A内を充填する基板コンタクト導電層CDLと、コンタクトホールCH1B内を充填するプラグ導電層PL1とが同じ成膜処理により同じ材料として形成される。このことからも、これらが別の成膜処理により形成される場合に比べて工程数、処理時間および製造コストを削減することができる。   The substrate contact conductive layer CDL filling the contact hole CH1A and the plug conductive layer PL1 filling the contact hole CH1B are formed of the same material by the same film forming process. Also from this, the number of steps, processing time, and manufacturing cost can be reduced as compared with the case where these are formed by another film forming process.

次に、図17を参照して、本実施の形態の比較例としての半導体チップCHPは、基本的に図3の本実施の形態の半導体チップCHPと同様の構成を有しているが、基板電極領域における基板コンタクトの構成において本実施の形態と異なっている。具体的には、基板コンタクトは、p型エピタキシャル層PE2と同一の層として形成されたp型埋め込み層PBLおよび深いp型拡散層DPWにより形成されている。より具体的には、図17の上下方向に関して、半導体基板SUB(p型エピタキシャル層PE2)の上側の主表面側から、深いp型拡散層DPW、p型埋め込み層PBL、p型エピタキシャル層PE1、p型不純物領域PSBの順に並んでおり、これらは図の上下方向に関して互いに連続している。また図17においては層間絶縁膜IIは形成されておらず、半導体基板SUBの主表面上を覆うように層間絶縁膜II1が形成されている。   Next, referring to FIG. 17, a semiconductor chip CHP as a comparative example of the present embodiment has basically the same configuration as semiconductor chip CHP of the present embodiment in FIG. The configuration of the substrate contact in the electrode region is different from that of the present embodiment. Specifically, the substrate contact is formed by a p-type buried layer PBL and a deep p-type diffusion layer DPW formed as the same layer as the p-type epitaxial layer PE2. More specifically, in the vertical direction of FIG. 17, from the upper main surface side of the semiconductor substrate SUB (p-type epitaxial layer PE2), the deep p-type diffusion layer DPW, p-type buried layer PBL, p-type epitaxial layer PE1, The p-type impurity regions PSB are arranged in this order, and are continuous with each other in the vertical direction in the drawing. In FIG. 17, interlayer insulating film II is not formed, and interlayer insulating film II1 is formed so as to cover the main surface of semiconductor substrate SUB.

深いp型拡散層DPWおよびp型埋め込み層PBLはいずれもp型の不純物を含む領域であるため、基板電極領域においてはすべての領域がp型の不純物を含む領域となっている。このため基板電極領域においてたとえばp型エピタキシャル層PE2(深いp型拡散層DPW)の上に形成された配線層とp型不純物領域PSBとを電気的に接続することが可能となる。   Since both the deep p-type diffusion layer DPW and the p-type buried layer PBL are regions containing p-type impurities, all regions in the substrate electrode region are regions containing p-type impurities. Therefore, in the substrate electrode region, for example, a wiring layer formed on p-type epitaxial layer PE2 (deep p-type diffusion layer DPW) can be electrically connected to p-type impurity region PSB.

一方、CMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域においては、素子が形成されるたとえば高耐圧用n型ウェル領域HNW(p型エピタキシャル層PE2)と半導体基板SUBの下方のp型不純物領域PSBとの電気的接続を遮断するため、n型埋め込み層NBLが形成される。このn型埋め込み層NBLが基板電極領域に形成されれば、当該領域においてpn接合が形成されるために基板電位を取り出すことができなくなる。このため図17の比較例においては、n型埋め込み層NBLは基板電極領域に形成されないように(言い換えればCMOSトランジスタ領域などのみにn型埋め込み層NBLが形成されるように)パターニングされる必要がある。   On the other hand, in the CMOS transistor region and the high breakdown voltage MOS transistor region, for example, the electrical connection between the high breakdown voltage n-type well region HNW (p-type epitaxial layer PE2) in which the element is formed and the p-type impurity region PSB below the semiconductor substrate SUB. In order to cut off the connection, an n-type buried layer NBL is formed. If the n-type buried layer NBL is formed in the substrate electrode region, a pn junction is formed in the region, so that the substrate potential cannot be extracted. Therefore, in the comparative example of FIG. 17, it is necessary to pattern the n-type buried layer NBL so as not to be formed in the substrate electrode region (in other words, to form the n-type buried layer NBL only in the CMOS transistor region or the like). is there.

ところが本実施の形態のように素子分離領域DTRを形成するための凹部TIと同じ凹部を利用して形成された基板コンタクトSCNを基板電極領域に用いれば、基板電極領域にもCMOSトランジスタ領域などと同様のn型埋め込み層NBLが形成されてもよい。これは当該基板コンタクトSCNは凹部TI内の基板コンタクト導電層CDLによりp型不純物領域PSBとの導通がなされるためであり、当該基板コンタクトSCNが用いられる限りその周囲の半導体領域を満たす不純物の導電型は基板コンタクトSCNの導電性に影響を及ぼさないためである。このため、本実施の形態においてはn型埋め込み層NBLが局所的に(選択的に)形成されるようにパターニングされる必要がなく、半導体基板SUBの平面視における全体にn型埋め込み層NBLが形成されてもよい。   However, if the substrate contact SCN formed using the same recess as the recess TI for forming the element isolation region DTR as in the present embodiment is used for the substrate electrode region, the substrate electrode region can be replaced with a CMOS transistor region or the like. A similar n-type buried layer NBL may be formed. This is because the substrate contact SCN is electrically connected to the p-type impurity region PSB by the substrate contact conductive layer CDL in the concave portion TI. This is because the mold does not affect the conductivity of the substrate contact SCN. Therefore, in the present embodiment, it is not necessary to perform patterning so that n-type buried layer NBL is locally (selectively) formed, and n-type buried layer NBL is entirely formed in plan view of semiconductor substrate SUB. It may be formed.

したがってn型埋め込み層NBLをパターニングする工程を省くことができ、n型埋め込み層NBLをパターニングするためのマスクの準備が不要となる。このため工程をより簡略化し、製造コストを削減することができる。   Therefore, the step of patterning the n-type buried layer NBL can be omitted, and the preparation of a mask for patterning the n-type buried layer NBL becomes unnecessary. For this reason, the process can be further simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

また図18(A)、(B)の斜視図を参照して、本実施の形態の基板コンタクトSCNの適用により、比較例のような深いp型拡散層DPWおよびp型埋め込み層PBLからなる基板コンタクトを用いた場合に比べて、基板コンタクトの電気抵抗を低減することができる。ここで基板コンタクトの電気抵抗とは、半導体基板SUBの最上層であるp型エピタキシャル層PE2の上側の表面から半導体基板SUBの最下層であるp型不純物領域PSBの上側の表面までの電気抵抗値を意味する。   Also, with reference to the perspective views of FIGS. 18A and 18B, a substrate including a deep p-type diffusion layer DPW and a p-type buried layer PBL as in the comparative example is applied by applying the substrate contact SCN of the present embodiment. The electric resistance of the substrate contact can be reduced as compared with the case where the contact is used. Here, the electric resistance of the substrate contact is an electric resistance value from the upper surface of the p-type epitaxial layer PE2 which is the uppermost layer of the semiconductor substrate SUB to the upper surface of the p-type impurity region PSB which is the lowermost layer of the semiconductor substrate SUB. Means

このため、本実施の形態を適用すれば、図18(A)に示す基板コンタクトSCNの(図の左右方向に関する)幅W1を、図18(B)に示す基板コンタクトの幅W2よりも小さくすることができる。これはたとえば図18(B)のように基板コンタクトの構成部材として深い拡散層DPWを形成する場合には、熱処理を長時間行なうことにより深く拡散層を形成する必要があるため、平面視において当該拡散層の領域が過剰に広くなり、基板コンタクトの面積が増大する可能性があるためである。   Therefore, when this embodiment is applied, the width W1 (in the left-right direction of the drawing) of the substrate contact SCN shown in FIG. 18A is made smaller than the width W2 of the substrate contact shown in FIG. 18B. be able to. This is because, for example, when forming a deep diffusion layer DPW as a constituent member of a substrate contact as shown in FIG. 18B, it is necessary to form a deep diffusion layer by performing heat treatment for a long time. This is because the region of the diffusion layer becomes excessively large, and the area of the substrate contact may increase.

その結果、図18(A)に示す基板コンタクトSCNの奥行きD1と図18(B)に示す基板コンタクトの奥行きD1とが等しい場合においても、図18(A)は図18(B)に比べて平面視において基板コンタクトの占める面積を小さくすることができる。したがって半導体装置が形成される半導体チップCHP(図1参照)のサイズを縮小することができる。   As a result, even when the depth D1 of the substrate contact SCN shown in FIG. 18A is equal to the depth D1 of the substrate contact shown in FIG. 18B, FIG. 18A is compared with FIG. 18B. The area occupied by the substrate contact in plan view can be reduced. Therefore, the size of the semiconductor chip CHP (see FIG. 1) on which the semiconductor device is formed can be reduced.

(実施の形態2)
一実施の形態における基板コンタクトSCNは、素子としてのいわゆる縦型MOSトランジスタのドレイン領域に電気的に接続されるドレイン電極として形成されてもよい。
(Embodiment 2)
In one embodiment, the substrate contact SCN may be formed as a drain electrode electrically connected to a drain region of a so-called vertical MOS transistor as an element.

図19を参照して、本実施の形態の半導体基板SUBは、p型不純物領域PSBと、p型エピタキシャル層PE1と、n型埋め込み層NBLと、高耐圧用n型ウェル領域HNWとがこの順に積層された構成を有している。また半導体基板SUBは、高耐圧用n型ウェル領域HNWの周囲に、素子分離領域DTRを介在して、高耐圧用n型ウェル領域HNWと同一の層としてのp型エピタキシャル層PE2を有している。   Referring to FIG. 19, in a semiconductor substrate SUB of the present embodiment, a p-type impurity region PSB, a p-type epitaxial layer PE1, an n-type buried layer NBL, and a high breakdown voltage n-type well region HNW are arranged in this order. It has a stacked configuration. Further, the semiconductor substrate SUB has a p-type epitaxial layer PE2 as the same layer as the high-breakdown-voltage n-type well region HNW around the high-breakdown-voltage n-type well region HNW with the element isolation region DTR interposed therebetween. I have.

高耐圧用n型ウェル領域HNWには縦型素子領域が形成され、縦型素子領域には縦型MOSトランジスタが複数、半導体基板SUBの主表面に沿う方向に並ぶように配置されている。それぞれの縦型MOSトランジスタは深いp型拡散層DPWと、プラグ導電層PL1と、基板コンタクトSCNと、ソース配線層SOと、ドレイン配線層DRとを主に有している。その他、縦型MOSトランジスタを構成するゲート絶縁膜GIと、ゲート電極層GEと、埋め込み絶縁膜BILとが図19に示されている。   A vertical element region is formed in the high breakdown voltage n-type well region HNW, and a plurality of vertical MOS transistors are arranged in the vertical element region so as to be arranged in a direction along the main surface of the semiconductor substrate SUB. Each vertical MOS transistor mainly has a deep p-type diffusion layer DPW, a plug conductive layer PL1, a substrate contact SCN, a source wiring layer SO, and a drain wiring layer DR. In addition, FIG. 19 shows a gate insulating film GI, a gate electrode layer GE, and a buried insulating film BIL that constitute a vertical MOS transistor.

深いp型拡散層DPWは、高耐圧用n型ウェル領域HNWに形成されたソース領域としてのp型不純物領域である。プラグ導電層PL1は実施の形態1のプラグ導電層PL1と同様に層間絶縁膜IIおよび層間絶縁膜II1を貫通するように形成され、深いp型拡散層DPWに形成された後述するn+領域NRおよびp+領域PRに達するように形成されている。ソース配線層SOは実施の形態1の配線層ICL1に相当し、プラグ導電層PL1を覆うように形成されている。 The deep p-type diffusion layer DPW is a p-type impurity region as a source region formed in the high breakdown voltage n-type well region HNW. Plug conductive layer PL1 is formed so as to penetrate interlayer insulating film II and interlayer insulating film II1 similarly to plug conductive layer PL1 of the first embodiment, and n + region NR described later formed in deep p-type diffusion layer DPW. And p + region PR. Source wiring layer SO corresponds to wiring layer ICL1 of the first embodiment, and is formed to cover plug conductive layer PL1.

本実施の形態における基板コンタクトSCNは、実施の形態1の基板コンタクトSCNと同様に、凹部TIの内部に絶縁膜II1と基板コンタクト導電層CDLとが形成された構成を有している。図19においては一例として、ドレイン電極としての基板コンタクトSCNは半導体基板SUBの主表面からドレイン領域としてのn型埋め込み層NBLの内部に達するように延在しており、ドレイン配線層DRとn型埋め込み層NBLとを電気的に接続している。ドレイン配線層DRは実施の形態1の配線層ICL1に相当し、基板コンタクトSCNを覆うように形成されている。また本実施の形態における素子分離領域DTRも、実施の形態1の素子分離領域DTRと同様に、凹部TIの内部に絶縁膜II1と中空AGとが形成された構成を有している。   The substrate contact SCN in the present embodiment has a configuration in which the insulating film II1 and the substrate contact conductive layer CDL are formed inside the concave portion TI, similarly to the substrate contact SCN in the first embodiment. In FIG. 19, as an example, substrate contact SCN as a drain electrode extends from the main surface of semiconductor substrate SUB to reach the inside of n-type buried layer NBL as a drain region. The buried layer NBL is electrically connected. The drain wiring layer DR corresponds to the wiring layer ICL1 of the first embodiment, and is formed so as to cover the substrate contact SCN. Further, the element isolation region DTR in the present embodiment also has a configuration in which the insulating film II1 and the hollow AG are formed inside the concave portion TI, similarly to the element isolation region DTR in the first embodiment.

ソース領域としての深いp型拡散層DPWが形成される半導体基板SUB(高耐圧用n型ウェル領域HNW)の主表面には、n+領域NRとp+領域PRとn+領域NRとがこの順に並ぶように配置されている。 An n + region NR, a p + region PR, and an n + region NR are formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB (high breakdown voltage n-type well region HNW) on which the deep p-type diffusion layer DPW as a source region is formed. They are arranged in order.

このうちn+領域NRは、ゲート電極層GEおよびゲート絶縁膜GIの直下の高耐圧用n型ウェル領域HNWの領域に生ずる電界効果を利用して、ソース配線層SOと高耐圧用n型ウェル領域HNWと、n型埋め込み層NBLとドレイン領域とを互いに電気的に接続する領域である。またp+領域PRは、その真下の深いp型拡散層DPWとを電気的に接続するいわゆるバックゲート構造を構成するために配置されている。 The n + region NR is formed between the source wiring layer SO and the high breakdown voltage n-type well by utilizing the electric field effect generated in the region of the high breakdown voltage n-type well region HNW immediately below the gate electrode layer GE and the gate insulating film GI. The region HNW is a region where the n-type buried layer NBL and the drain region are electrically connected to each other. Further, p + region PR is arranged to form a so-called back gate structure that electrically connects deep p-type diffusion layer DPW directly below it.

本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成と比較して、以上の点において異なっており、他の点においては実施の形態1の構成と同様であるため、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 different from the configuration of the first embodiment in the above points, and is otherwise the same as the configuration of the first embodiment. And the description thereof will not be repeated.

次に、図20の比較例を参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。なお本実施の形態においても基本的に実施の形態1と同様の作用効果を奏するが、ここでは実施の形態1の作用効果に対する追加の作用効果について説明する。   Next, the operation and effect of the present embodiment will be described with reference to a comparative example of FIG. Although the present embodiment also has basically the same operation and effect as in the first embodiment, an additional operation and effect in addition to the operation and effect of the first embodiment will be described here.

図20を参照して、本実施の形態の比較例としての半導体チップCHPは、基本的に図19の本実施の形態の半導体チップCHPと同様の構成を有しているが、ドレイン電極が基板コンタクトSCNではなく、半導体基板SUBの主表面からn型埋め込み層NBLに達するように延びる深いn型拡散層DNWにより形成されている。この点において図20は図19と異なっているが、他の点については基本的に図19と同様なので、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。   Referring to FIG. 20, a semiconductor chip CHP as a comparative example of the present embodiment has basically the same configuration as semiconductor chip CHP of the present embodiment in FIG. It is formed not of the contact SCN but of a deep n-type diffusion layer DNW extending from the main surface of the semiconductor substrate SUB to reach the n-type buried layer NBL. Although FIG. 20 differs from FIG. 19 in this point, the other points are basically the same as FIG. 19, and thus, the same elements will be denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.

本実施の形態のようにドレイン領域を基板コンタクトSCNを用いて形成することにより、ドレイン領域が深いn型拡散層DNWにより形成される場合に比べて、ドレイン領域の電気抵抗を大幅に低減することができる。その結果、半導体チップCHPに搭載された半導体装置(半導体素子)の性能を大幅に向上させることができる。   By forming the drain region using the substrate contact SCN as in the present embodiment, the electric resistance of the drain region can be significantly reduced as compared with the case where the drain region is formed by the deep n-type diffusion layer DNW. Can be. As a result, the performance of the semiconductor device (semiconductor element) mounted on the semiconductor chip CHP can be significantly improved.

またドレイン領域として深いn型拡散層DNWを形成する場合には長時間の熱処理を行なう必要があるため拡散層が広がりその平面視における面積が大きくなるが、ドレイン領域を基板コンタクトSCNとして形成すれば、ドレイン領域の平面視における面積を縮小することができる。このため本実施の形態においては、半導体装置が形成される半導体チップCHP(図1参照)のサイズを縮小することができる。   When a deep n-type diffusion layer DNW is formed as a drain region, it is necessary to perform a heat treatment for a long time, so that the diffusion layer is widened and its area in a plan view is large. However, if the drain region is formed as a substrate contact SCN, In addition, the area of the drain region in plan view can be reduced. Therefore, in the present embodiment, the size of the semiconductor chip CHP (see FIG. 1) on which the semiconductor device is formed can be reduced.

(実施の形態3)
一実施の形態における基板コンタクトSCN(基板コンタクト導電層CDL)は、いわゆるアクティブバリア構造を構成するアクティブバリア領域を有してもよい。
(Embodiment 3)
The substrate contact SCN (substrate contact conductive layer CDL) in one embodiment may have an active barrier region forming a so-called active barrier structure.

図21を参照して、本実施の形態の半導体基板SUBは、たとえばp型不純物領域PSBと、p型エピタキシャル層PE1と、p型ウェル領域PWRとがこの順に積層された構成を有している。また本実施の形態の半導体チップCHPも、実施の形態1の半導体チップCHPと同様に、半導体基板SUBはCMOSトランジスタ領域(第1の素子形成領域)と高耐圧MOSトランジスタ領域(第2の素子形成領域)とを有している。   Referring to FIG. 21, semiconductor substrate SUB of the present embodiment has a configuration in which, for example, p-type impurity region PSB, p-type epitaxial layer PE1, and p-type well region PWR are stacked in this order. . In the semiconductor chip CHP of the present embodiment, similarly to the semiconductor chip CHP of the first embodiment, the semiconductor substrate SUB includes a CMOS transistor region (first element formation region) and a high breakdown voltage MOS transistor region (second element formation). Region).

図21のCMOSトランジスタ領域は図3の実施の形態1のCMOSトランジスタ領域と同様にp型エピタキシャル層PE1とn型埋め込み層NBLと高耐圧用n型ウェル領域HNWとを有する。しかし図21の高耐圧MOSトランジスタ領域はp型エピタキシャル層PE1とn型埋め込み層NBLと深いn型拡散層DNWとn型ウェル領域NWRとn+領域NRとを有するように簡略化して図示されている。図21の高耐圧MOSトランジスタ領域はこのような構成を有してもよいし、図3の高耐圧MOSトランジスタ領域と同様の構成を有してもよい。 The CMOS transistor region of FIG. 21 has a p-type epitaxial layer PE1, an n-type buried layer NBL, and a high-breakdown-voltage n-type well region HNW, similarly to the CMOS transistor region of the first embodiment of FIG. However, the high breakdown voltage MOS transistor region of FIG. 21 is simplified and shown to have a p-type epitaxial layer PE1, an n-type buried layer NBL, a deep n-type diffusion layer DNW, an n-type well region NWR and an n + region NR. I have. The high breakdown voltage MOS transistor region in FIG. 21 may have such a configuration, or may have the same configuration as the high breakdown voltage MOS transistor region in FIG.

図21においても、図3と同様に、CMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域を取り囲むように素子分離領域DTRが形成されており、素子分離領域DTRは、凹部TIの内部に絶縁膜II1と中空AGとが形成された構成を有している。また図21の基板電極領域は、p型不純物領域PSB上にp型エピタキシャル層PE1とp型ウェル領域PWRとが積層された領域に形成されており、当該基板電極領域には、図3の実施の形態1の基板電極領域と同様に、凹部TIの内部に絶縁膜II1と基板コンタクト導電層CDLとが形成された構成を有する基板コンタクトSCNが形成されている。基板コンタクトSCNはたとえば接地端子GNDに接続されている。   In FIG. 21, similarly to FIG. 3, an element isolation region DTR is formed so as to surround a CMOS transistor region and a high-breakdown-voltage MOS transistor region, and element isolation region DTR has an insulating film II1 and a hollow inside recessed portion TI. AG is formed. The substrate electrode region in FIG. 21 is formed in a region where the p-type epitaxial layer PE1 and the p-type well region PWR are stacked on the p-type impurity region PSB. Similarly to the substrate electrode region of the first embodiment, a substrate contact SCN having a configuration in which an insulating film II1 and a substrate contact conductive layer CDL are formed inside a concave portion TI is formed. The substrate contact SCN is connected to, for example, a ground terminal GND.

図21においては、CMOSトランジスタ領域と高耐圧MOSトランジスタ領域とが、半導体基板SUBの主表面に沿う方向(図21の左右方向)に関して互いに離れて位置している。CMOSトランジスタ領域と高耐圧MOSトランジスタ領域との間の位置には、アクティブバリア領域が形成されている。   In FIG. 21, the CMOS transistor region and the high-breakdown-voltage MOS transistor region are located apart from each other in a direction along the main surface of the semiconductor substrate SUB (the left-right direction in FIG. 21). An active barrier region is formed between the CMOS transistor region and the high breakdown voltage MOS transistor region.

アクティブバリア構造は、n型埋め込み層NBLと深いn型拡散層DNWとn型ウェル領域NWRとn+領域NRとがこの順に積層された構成を有する、第2導電型(n型)の第2領域と、他の実施の形態と同様の構成を有する基板コンタクトSCNと、第2領域および基板コンタクトSCNを電気的に接続する接続導電層としての配線層ICL1とを備えている。つまり基板コンタクトSCNの基板コンタクト導電層CDLは、層間絶縁膜II1の最上面から層間絶縁膜II1,IIおよびp型ウェル領域PWR、p型エピタキシャル層PE1を貫通してp型不純物領域PSBに達するように形成されている。 The active barrier structure has a configuration in which an n-type buried layer NBL, a deep n-type diffusion layer DNW, an n-type well region NWR, and an n + region NR are stacked in this order, and the second of the second conductivity type (n-type). A region, a substrate contact SCN having a configuration similar to that of the other embodiments, and a wiring layer ICL1 as a connection conductive layer for electrically connecting the second region and the substrate contact SCN are provided. That is, the substrate contact conductive layer CDL of the substrate contact SCN extends from the uppermost surface of the interlayer insulating film II1 to the p-type impurity region PSB through the interlayer insulating films II1, II, the p-type well region PWR, and the p-type epitaxial layer PE1. Is formed.

上記の基板コンタクトSCNはp型ウェル領域PWRとp型エピタキシャル層PE1とを貫通してp型不純物領域PSBに達するように形成されることから、アクティブバリア構造のp型領域として機能する。アクティブバリア構造のp型領域としての基板コンタクトSCNも、基板電極領域の基板コンタクトSCNと同様に、凹部TIの内部に絶縁膜II1と基板コンタクト導電層CDLとが形成された構成を有している。   Since the above-mentioned substrate contact SCN is formed so as to reach the p-type impurity region PSB through the p-type well region PWR and the p-type epitaxial layer PE1, it functions as a p-type region of an active barrier structure. The substrate contact SCN as the p-type region of the active barrier structure also has a configuration in which the insulating film II1 and the substrate contact conductive layer CDL are formed inside the concave portion TI, similarly to the substrate contact SCN in the substrate electrode region. .

アクティブバリア構造を構成するn型領域と基板コンタクトSCN(特に基板コンタクト導電層CDL)とはオーミック接続されている。オーミック接続されたn型領域と基板コンタクトSCNとは図示されないがたとえば接地端子に接続されてもよい。   The n-type region forming the active barrier structure is ohmically connected to the substrate contact SCN (particularly, the substrate contact conductive layer CDL). Although not shown, the ohmic-connected n-type region and substrate contact SCN may be connected to, for example, a ground terminal.

図21においては(他の実施の形態と同様に)、半導体基板SUBのp型不純物領域PSBは半導体基板SUBの平面視における全面に形成されている。すなわちp型不純物領域PSBは、CMOSトランジスタ領域からアクティブバリア領域を通じて少なくとも高耐圧MOSトランジスタ領域にまで半導体基板SUBの主表面に沿う方向に延びるように、第1導電型(p型)の第1領域として形成されている。   In FIG. 21 (similar to the other embodiments), the p-type impurity region PSB of the semiconductor substrate SUB is formed over the entire surface of the semiconductor substrate SUB in plan view. That is, the p-type impurity region PSB extends in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SUB from the CMOS transistor region through the active barrier region to at least the high breakdown voltage MOS transistor region, so that the first region of the first conductivity type (p-type). It is formed as.

アクティブバリア構造を構成する第2導電型(n型)の第2領域は、第1領域を含む第1導電型領域(p型不純物領域PSB内に含まれるp+領域)とpn接合を構成するように、アクティブバリア領域における半導体基板SUBの主表面に形成されている。すなわち第2領域のうち最も上側の層をなすn+領域NRは半導体基板SUB(p型ウェル領域PWR)の主表面に形成されている。また第2領域のうち最も下側の層をなすn型埋め込み層NBLは、p型エピタキシャル層PE1内に形成されている。 The second region of the second conductivity type (n-type) constituting the active barrier structure forms a pn junction with the first conductivity type region including the first region (p + region included in the p-type impurity region PSB). As described above, it is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the active barrier region. That is, the n + region NR, which is the uppermost layer of the second region, is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB (p-type well region PWR). The n-type buried layer NBL, which is the lowermost layer of the second region, is formed in the p-type epitaxial layer PE1.

ここで図21の半導体チップCHPにおけるアクティブバリア構造の動作原理を簡単に説明する。たとえばCMOSトランジスタ領域に負電位が印加され、CMOSトランジスタなどの素子から半導体基板SUBのp型不純物領域PSBに電子が吸収されると、その電子はCMOSトランジスタ領域よりも高電位である高耐圧MOSトランジスタ領域の側、すなわち図21の右側に向けて移動する。その電子の一部はアクティブバリア構造のn型領域に吸収される。すると吸収された電子と同様の正孔がアクティブバリア構造の(p型領域として機能する)基板コンタクトSCNからp型不純物領域PSBに移動する。これによりアクティブバリア構造の(p型領域として機能する)基板コンタクトSCNの近傍では電位が下がり、これが高耐圧MOSトランジスタ領域に向けて移動しようとする電子にとって電位障壁となる。このため電子は高耐圧MOSトランジスタ領域の方向へは移動しにくくなり、p型不純物領域PSBの深い領域側(図の下側)に向かいやすくなる。以上により高耐圧MOSトランジスタ領域に意図せず電子が入り込むことに起因する高耐圧MOSトランジスタの誤動作を抑制することができる。   Here, the operation principle of the active barrier structure in the semiconductor chip CHP of FIG. 21 will be briefly described. For example, when a negative potential is applied to the CMOS transistor region and electrons are absorbed from a device such as a CMOS transistor into the p-type impurity region PSB of the semiconductor substrate SUB, the electrons are high-voltage MOS transistors having a higher potential than the CMOS transistor region. It moves toward the area, that is, toward the right side in FIG. Some of the electrons are absorbed by the n-type region of the active barrier structure. Then, holes similar to the absorbed electrons move from the substrate contact SCN (functioning as a p-type region) having the active barrier structure to the p-type impurity region PSB. As a result, the potential drops near the substrate contact SCN (functioning as a p-type region) of the active barrier structure, and this becomes a potential barrier for electrons moving toward the high breakdown voltage MOS transistor region. This makes it difficult for the electrons to move in the direction of the high-breakdown-voltage MOS transistor region, and tends to move toward the deep region side (the lower side in the figure) of the p-type impurity region PSB. As described above, it is possible to suppress a malfunction of the high withstand voltage MOS transistor due to unintentional entry of electrons into the high withstand voltage MOS transistor region.

本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成と比較して、以上の点において異なっており、他の点においては実施の形態1の構成と同様であるため、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 different from the configuration of the first embodiment in the above points, and is otherwise the same as the configuration of the first embodiment. And the description thereof will not be repeated.

次に、図22の比較例を参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。なお本実施の形態においても基本的に実施の形態1と同様の作用効果を奏するが、ここでは実施の形態1の作用効果に対する追加の作用効果について説明する。   Next, the operation and effect of the present embodiment will be described with reference to a comparative example of FIG. Although the present embodiment also has basically the same operation and effect as in the first embodiment, an additional operation and effect in addition to the operation and effect of the first embodiment will be described here.

図22を参照して、本実施の形態の比較例としての半導体チップCHPは、基本的に図21の本実施の形態の半導体チップCHPと同様の構成を有しているが、アクティブバリア構造のp型領域が基板コンタクトSCNの代わりに比較的不純物濃度の高いp+領域PRにより形成されている。この点において図22は図21と異なっているが、他の点については基本的に図21と同様なので、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。 Referring to FIG. 22, a semiconductor chip CHP as a comparative example of the present embodiment has basically the same configuration as semiconductor chip CHP of the present embodiment in FIG. 21, but has an active barrier structure. The p-type region is formed by ap + region PR having a relatively high impurity concentration instead of the substrate contact SCN. Although FIG. 22 differs from FIG. 21 in this point, the other points are basically the same as those in FIG. 21, and thus the same elements are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.

本実施の形態のようにアクティブバリア構造のp型領域を基板コンタクトSCNを用いて形成することにより、p型領域がp型不純物領域PRにより形成される場合に比べて、p型領域の電気抵抗を低減することができる。その結果、p型領域としての基板コンタクトSCNから基板のp型不純物領域PSBへの正孔の移動がよりスムーズに行なわれ、アクティブバリア構造が電子の電位障壁を形成する効率を高めることができる。このため本実施の形態の構成は、比較例の構成よりもいっそう、アクティブバリア構造の機能を高めることができる。   By forming the p-type region having the active barrier structure using the substrate contact SCN as in the present embodiment, the electric resistance of the p-type region can be reduced as compared with the case where the p-type region is formed by the p-type impurity region PR. Can be reduced. As a result, holes move more smoothly from the substrate contact SCN as a p-type region to the p-type impurity region PSB of the substrate, and the efficiency of the active barrier structure forming a potential barrier for electrons can be increased. Therefore, the configuration of the present embodiment can enhance the function of the active barrier structure more than the configuration of the comparative example.

(実施の形態4)
図23〜図25を参照して、本実施の形態においては、本来素子分離領域DTRを形成するために形成される凹部TIのすべてが基板コンタクトSCNを形成するために用いられる。この点において本実施の形態は、本来素子分離領域DTRを形成するために形成される凹部TIの一部のみ(すなわち基板電極領域に形成された第1の凹部TIのみ)が基板コンタクトSCNを形成するために用いられ、他の凹部TIは素子分離領域DTRを形成するための第2の凹部TIとして用いられる実施の形態1とは異なっている。
(Embodiment 4)
Referring to FIGS. 23 to 25, in the present embodiment, all of concave portions TI originally formed for forming element isolation region DTR are used for forming substrate contact SCN. In this regard, in the present embodiment, only a part of the concave portion TI originally formed for forming the element isolation region DTR (that is, only the first concave portion TI formed in the substrate electrode region) forms the substrate contact SCN. The other recesses TI are different from the first embodiment used as the second recesses TI for forming the element isolation regions DTR.

具体的には図23を参照して、本実施の形態の半導体チップCHPは、図1の半導体チップCHPにおいて素子分離領域DTRが形成される領域(ロジック部LGおよび出力ドライバ部HVの周囲)に基板コンタクトSCNが形成されている。言い換えれば本実施の形態の半導体チップCHPは、ロジック部LGおよび出力ドライバ部HVは基板コンタクトSCNによって平面視において取り囲まれている。   Specifically, referring to FIG. 23, semiconductor chip CHP of the present embodiment is provided in a region (around logic portion LG and output driver portion HV) where element isolation region DTR is formed in semiconductor chip CHP of FIG. A substrate contact SCN is formed. In other words, in the semiconductor chip CHP of the present embodiment, the logic section LG and the output driver section HV are surrounded by the substrate contact SCN in plan view.

図23においては素子分離領域DTRが形成されていない。また図23においては、図1において基板コンタクトSCNが形成される領域には基板コンタクトSCNが形成されていない。   In FIG. 23, no element isolation region DTR is formed. In FIG. 23, the substrate contact SCN is not formed in the region where the substrate contact SCN is formed in FIG.

同様に図24および図25を参照して、本実施の形態においては、CMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域を取り囲むように基板電極領域(基板コンタクトSCN)が形成されている。この点において本実施の形態は、CMOSトランジスタ領域および高耐圧MOSトランジスタ領域を取り囲むように素子分離領域DTRが形成される実施の形態1(図3および図4)とは異なっている。   Similarly, referring to FIGS. 24 and 25, in the present embodiment, a substrate electrode region (substrate contact SCN) is formed so as to surround a CMOS transistor region and a high breakdown voltage MOS transistor region. In this point, the present embodiment is different from the first embodiment (FIGS. 3 and 4) in which the element isolation region DTR is formed so as to surround the CMOS transistor region and the high breakdown voltage MOS transistor region.

なお図24および図25の基板コンタクトSCNは、図3および図4の素子分離領域DTRよりもCMOSトランジスタ領域などからやや離れた位置に配置されるが、本実施の形態はこのような態様に限られない。   The substrate contact SCN shown in FIGS. 24 and 25 is arranged at a position slightly away from the CMOS transistor region or the like than the element isolation region DTR shown in FIGS. 3 and 4, but the present embodiment is limited to such an embodiment. I can't.

本実施の形態、および上記各実施の形態1〜3の基板コンタクトSCNは、基板電位を上方から取り出すための基板電極として用いられるが、基板コンタクト導電層CDLの周囲が絶縁膜II1(層間絶縁膜II1)により囲まれる構成を有している。このため当該基板コンタクトSCNは、基板電極としての機能と、素子分離領域DTRと同様に素子を他の領域から電気的に分離させる機能との双方を有する。   The substrate contact SCN of the present embodiment and each of the first to third embodiments is used as a substrate electrode for extracting a substrate potential from above, and the periphery of the substrate contact conductive layer CDL is covered with an insulating film II1 (interlayer insulating film). II1). Therefore, the substrate contact SCN has both a function as a substrate electrode and a function of electrically separating an element from another region as in the element isolation region DTR.

このため本実施の形態のように素子形成領域を基板コンタクトSCNで取り囲む構成とすることにより、素子形成領域を他の領域から電気的に分離させることができ、かつ基板電位を取り出すことができる。   Therefore, by adopting a structure in which the element formation region is surrounded by the substrate contact SCN as in this embodiment, the element formation region can be electrically separated from other regions, and the substrate potential can be extracted.

また基板コンタクトSCNが素子分離領域DTRと同様の機能を有することから、実施の形態1のような素子分離領域DTRを形成する必要がなくなる。また本実施の形態においては図1における基板コンタクトSCNが形成される領域には何も形成する必要がなくなる。このため半導体チップCHPの構成要素を削減することができ、半導体チップCHPのサイズを縮小することができる。   Further, since the substrate contact SCN has the same function as the element isolation region DTR, it is not necessary to form the element isolation region DTR as in the first embodiment. Further, in the present embodiment, there is no need to form anything in the region where substrate contact SCN is formed in FIG. Therefore, the components of the semiconductor chip CHP can be reduced, and the size of the semiconductor chip CHP can be reduced.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

AG 中空、BIL 埋め込み絶縁膜、BM ガラスコート膜、CDL 基板コンタクト導電層、CH1A,CH1B,CH2,CH3,CH4 コンタクトホール、CHP 半導体チップ、DFR 素子形成領域、DNW 深いn型拡散層、DPW 深いp型拡散層、DR ドレイン配線層、DTR 素子分離領域、GE ゲート電極層、GI ゲート絶縁膜、HNW 高耐圧用n型ウェル領域、HV 出力ドライバ部、ICL1,ICL2,ICL3,ICL4 配線層、II,II1,II2,II3,II4 絶縁膜、LG ロジック部、NBL n型埋め込み層、NF 窒化膜、NOR n型オフセット領域、NR n+領域、NWR n型ウェル領域、SO ソース配線層、PBL p型埋め込み層、PE1,PE2 p型エピタキシャル層、PHR フォトレジスト、PL1,PL2,PL3,PL4 プラグ導電層、PR p+領域、PSB p型不純物領域、PWR p型ウェル領域、SC コバルトシリサイド層、SCN 基板コンタクト、SO ソース配線層、SUB 半導体基板、SW 側壁絶縁膜、TI 凹部、TIA 貫通凹部。 AG hollow, BIL buried insulating film, BM glass coat film, CDL substrate contact conductive layer, CH1A, CH1B, CH2, CH3, CH4 contact hole, CHP semiconductor chip, DFR element formation region, DNW deep n-type diffusion layer, DPW deep p Diffusion layer, DR drain wiring layer, DTR element isolation region, GE gate electrode layer, GI gate insulating film, HNW high breakdown voltage n-type well region, HV output driver, ICL1, ICL2, ICL3, ICL4 wiring layer, II, II1, II2, II3, II4 Insulating film, LG logic part, NBL n-type buried layer, NF nitride film, NOR n-type offset region, NR n + region, NWR n-type well region, SO source wiring layer, PBL p-type buried Layer, PE1, PE2 p-type epitaxial layer, PHR photoresist PL1, PL2, PL3, PL4 plug conductive layers, PR p + region, PSB p-type impurity region, PWR p-type well region, SC cobalt silicide layer, SCN substrate contact, SO source wiring layer, SUB semiconductor substrate, SW sidewall insulating film , TI recess, TIA through recess.

Claims (14)

主表面に第1凹部が形成されており、かつ前記主表面に形成された半導体素子を有する半導体基板と、
前記第1凹部内の側壁上の領域と、前記第1凹部の外側で前記主表面に沿うように拡がる領域とを含み、前記第1凹部内の側壁上の領域に形成されることにより前記第1凹部内に第1孔部を形成し、かつ前記主表面に沿うように拡がる領域において第2孔部が形成された第1絶縁膜と、
前記第1孔部および前記第2孔部の内部に形成された第1導電層とを備え、
前記第2孔部は前記第1孔部に連通し、
前記第1導電層は、前記第1孔部の底部において、前記半導体基板と直接接しており、
前記第1絶縁膜の前記主表面に沿うように拡がる領域には、前記半導体素子に達するコンタクトホールが形成されており、かつ
前記コンタクトホールの内部には、第2導電層が形成されており、
前記第1導電層と前記第2導電層とは、同一の材料により形成されている、半導体装置。
A semiconductor substrate having a first recess formed on a main surface thereof and having a semiconductor element formed on the main surface;
The first recess includes a region on a side wall in the first recess and a region outside the first recess extending along the main surface, and is formed in a region on the sidewall in the first recess to form the first recess. A first insulating film in which a first hole is formed in one recess, and a second hole is formed in a region extending along the main surface;
A first conductive layer formed inside the first hole and the second hole,
The second hole communicates with the first hole,
The first conductive layer is in direct contact with the semiconductor substrate at a bottom of the first hole ,
A contact hole reaching the semiconductor element is formed in a region of the first insulating film extending along the main surface; and
A second conductive layer is formed inside the contact hole,
The semiconductor device, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are formed of the same material .
前記半導体基板は、第1導電型の不純物を有する第1不純物領域と、前記第1不純物領域上に形成されており、かつ前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物を有する第2不純物領域と、前記第2不純物領域上に形成されており、かつ前記第1導電型の不純物を有する第3不純物領域とを含み、
前記第1孔部は、前記第2不純物領域および前記第3不純物領域を貫通し、前記第1不純物領域に達するように形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate includes a first impurity region having an impurity of a first conductivity type, and a second impurity region formed on the first impurity region and having an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type. An impurity region, and a third impurity region formed on the second impurity region and having the first conductivity type impurity,
Said first hole extends through said second impurity region and the third impurity region is formed to reach the first impurity region, the semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板は、前記第1不純物領域および前記第2不純物領域の間に形成されており、かつ前記第1導電型の不純物を有する第1エピタキシャル層と、前記第3不純物領域上に形成されており、前記第1導電型の不純物を有する第2エピタキシャル層とをさらに含む、請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate is formed between the first impurity region and the second impurity region, and has a first epitaxial layer having the first conductivity type impurity, and is formed on the third impurity region. 3. The semiconductor device according to claim 2 , further comprising: a second epitaxial layer having the first conductivity type impurity. 前記第1導電型はp型であり、前記第2導電型はn型である、請求項2または3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 , wherein the first conductivity type is a p-type, and the second conductivity type is an n-type. 前記半導体基板の前記主表面には第2凹部が形成されており、
前記第1絶縁膜は、前記第2凹部内に空隙が形成されるように前記第2凹部の側壁上に形成されている、請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置。
A second recess is formed in the main surface of the semiconductor substrate,
The first insulating film, the gap in the second recess is formed on the sidewalls of the second recess to be formed, the semiconductor device according to any one of claims 1-4.
前記第2凹部は、平面視において、前記半導体素子が形成された領域を囲うように形成されている、請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5 , wherein the second recess is formed so as to surround a region where the semiconductor element is formed in a plan view. 前記第1凹部は、前記第2凹部の外側に配置されている、請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6 , wherein the first recess is disposed outside the second recess. 前記半導体基板および前記第1絶縁膜の間において、前記半導体素子を覆うように前記半導体基板上に形成された第2絶縁膜をさらに備え、
前記第2絶縁膜には、前記第1凹部および前記第2凹部のそれぞれに連通する第3凹部が形成され、
前記第1凹部に連通する前記第3凹部内には、前記第1孔部および前記第2孔部のそれぞれに連通する第3孔部が形成され、
前記第1絶縁膜は前記第3凹部内の側壁上の領域を含み、前記第3凹部内の側壁上の領域に前記第1絶縁膜が形成されることにより前記第3凹部内に前記第3孔部が形成され、
前記第1導電層は、前記第3孔部内に形成されている、請求項5〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
A second insulating film formed on the semiconductor substrate to cover the semiconductor element between the semiconductor substrate and the first insulating film;
A third recess communicating with each of the first recess and the second recess is formed in the second insulating film;
In the third recess communicating with the first recess, a third hole communicating with each of the first hole and the second hole is formed,
The first insulating film includes a region on a sidewall in the third recess, and the third insulating film is formed in a region on a sidewall in the third recess, so that the third insulating film is formed in the third recess. A hole is formed,
The semiconductor device according to claim 5 , wherein the first conductive layer is formed in the third hole.
前記半導体素子はMOSトランジスタである、請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor element is a MOS transistor, the semiconductor device according to any one of claims 1-8. 前記第1導電層の材料はタングステンである、請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置。 The material of the first conductive layer is tungsten, semiconductor device according to any one of claims 1-9. 前記第1導電層は、バリアメタルと、前記バリアメタル上に形成された金属薄膜とを含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体装置。 It said first conductive layer includes a barrier metal, and a metal thin film formed on the barrier metal, a semiconductor device according to any one of claims 1-10. 前記バリアメタルは、チタン膜および窒化チタン膜の積層膜であり、
前記金属薄膜は、タングステン膜である、請求項11に記載の半導体装置。
The barrier metal is a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film,
The semiconductor device according to claim 11 , wherein the metal thin film is a tungsten film.
前記第1絶縁膜は、シリコン酸化膜である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体装置。 The first insulating film is a silicon oxide film, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 12. 前記第1絶縁膜は前記半導体基板上に形成されている、請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体装置。 The first insulating film is formed on the semiconductor substrate, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 13.
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