JP7353211B2 - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体コンデンサを有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor capacitor and a method for manufacturing the same.

半導体基板の表面に形成した溝の内部にコンデンサ構造体を形成した構成が、半導体コンデンサに用いられている。例えば、誘電膜を間に挟みながら複数の導電膜を溝の側面に積層して薄膜コンデンサを形成する方法が開示されている(特許文献1参照。)。 A structure in which a capacitor structure is formed inside a groove formed on the surface of a semiconductor substrate is used in a semiconductor capacitor. For example, a method has been disclosed in which a thin film capacitor is formed by laminating a plurality of conductive films on the side surfaces of a groove while sandwiching a dielectric film therebetween (see Patent Document 1).

特表2010-530128号公報Special Publication No. 2010-530128

しかしながら、半導体基板の溝の内部に薄膜コンデンサを形成した場合、溝の底面と側面とが接続する溝の角部で誘電膜が屈折する。このため、薄膜コンデンサに所定の電圧を印加した場合に、溝の角部において誘電膜の屈折部に電界が集中する。この電界集中により、薄膜コンデンサの耐圧が低下する。 However, when a thin film capacitor is formed inside a groove of a semiconductor substrate, the dielectric film is bent at the corner of the groove where the bottom and side surfaces of the groove are connected. Therefore, when a predetermined voltage is applied to the thin film capacitor, an electric field is concentrated at the bent portion of the dielectric film at the corner of the groove. This electric field concentration lowers the withstand voltage of the thin film capacitor.

本発明は、半導体基板の溝の内部に薄膜コンデンサが構成され、かつ耐圧の低下が抑制された半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a thin film capacitor is formed inside a groove of a semiconductor substrate and a decrease in breakdown voltage is suppressed, and a method for manufacturing the semiconductor device.

本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体基板の主面に形成された溝の側面に交互に配置された導電膜および側面誘電膜と、溝の底面に配置されて側面誘電膜の下端に接続し、側面誘電膜それぞれの膜厚よりも膜厚が厚い底面誘電膜を備えることを要旨とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a conductive film and a side dielectric film that are arranged alternately on the side surfaces of a groove formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a conductive film and a side dielectric film that are arranged on a bottom surface of the groove and formed on a lower end of the side dielectric film. The gist is to provide a bottom dielectric film which is connected to the bottom dielectric film and has a thickness thicker than each of the side dielectric films.

本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の溝の側面に導電膜と側面誘電膜を交互に積層する工程と、側面誘電膜の下端に接続し、側面誘電膜の膜厚よりも膜厚が厚い底面誘電膜を溝の底面に形成する工程を含むことを要旨とする。導電膜を形成するごとに、溝の底面にはマスク材が形成されず、かつ溝の外側で半導体基板の主面の上方にマスク材が形成される成膜方法により、マスク材を形成する。マスク材を保護膜にして、溝の深さ方向にエッチングが進む異方性エッチングにより、導電膜の溝の底面に堆積した部分を選択的に除去する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention includes the steps of: alternately stacking a conductive film and a side dielectric film on the side surfaces of a groove in a semiconductor substrate; The gist includes the step of forming a bottom dielectric film thicker than the bottom dielectric film on the bottom surface of the trench. Each time a conductive film is formed, a mask material is formed using a film forming method in which the mask material is not formed on the bottom surface of the trench, but is formed outside the trench and above the main surface of the semiconductor substrate. Using the mask material as a protective film, the portion of the conductive film deposited on the bottom of the groove is selectively removed by anisotropic etching in which etching progresses in the depth direction of the groove.

本発明によれば、半導体基板の溝の内部に薄膜コンデンサが構成され、かつ耐圧の低下が抑制された半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device in which a thin film capacitor is formed inside a groove of a semiconductor substrate and a decrease in breakdown voltage is suppressed.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その1)。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view (part 1) for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その2)。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view (Part 2) for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その3)。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (part 3). 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その4)。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (Part 4). 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その5)。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (part 5). 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その6)。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (part 6). 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その7)。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (part 7). 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その8)。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (Part 8). 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である(その9)。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (Part 9). 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる部分を含む。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, etc. may differ from the actual drawings. Furthermore, the drawings include portions that differ in dimensional relationships and ratios.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置は、図1に示すように、主面11に溝が形成された導電性の半導体基板10と、溝の側面の面法線方向に沿って相互に離間して積層された第1導電膜21~第3導電膜23を備える。図1は、半導体基板10の主面に形成された溝の短手方向に沿った断面図である。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a conductive semiconductor substrate 10 in which a groove is formed in the main surface 11, and a conductive semiconductor substrate 10 that is mutually connected along the surface normal direction of the side surface of the groove. The first conductive film 21 to the third conductive film 23 are stacked apart from each other. FIG. 1 is a cross-sectional view of a groove formed in the main surface of a semiconductor substrate 10 along the width direction.

図1に示すように、半導体基板10と第1導電膜21の間に、第1側面誘電膜31が配置されている。また、第1導電膜21と第2導電膜22の間に第2側面誘電膜32が配置され、第2導電膜22と第3導電膜23の間に第3側面誘電膜33が配置されている。 As shown in FIG. 1, a first side dielectric film 31 is disposed between the semiconductor substrate 10 and the first conductive film 21. Further, a second side dielectric film 32 is disposed between the first conductive film 21 and the second conductive film 22, and a third side dielectric film 33 is disposed between the second conductive film 22 and the third conductive film 23. There is.

以下において、第1導電膜21~第3導電膜23などの溝の内部に配置された導電膜を総称して「導電膜20」とも称する。また、第1側面誘電膜31~第3側面誘電膜33などの、半導体基板10と導電膜20の間や導電膜20の相互間に配置された誘電膜を総称して「側面誘電膜30」とも称する。つまり、溝の側面の面法線方向に沿って、導電膜20と側面誘電膜30が交互に配置されている。 In the following, the conductive films disposed inside the grooves, such as the first conductive film 21 to the third conductive film 23, are also collectively referred to as the "conductive film 20." In addition, the dielectric films disposed between the semiconductor substrate 10 and the conductive film 20 or between the conductive films 20, such as the first side dielectric film 31 to the third side dielectric film 33, are collectively referred to as the "side surface dielectric film 30". Also called. That is, the conductive films 20 and the side dielectric films 30 are alternately arranged along the normal direction of the side surfaces of the trench.

更に、半導体基板10に形成された溝の底面には、側面誘電膜30の下端に接続する底面誘電膜40が配置されている。側面誘電膜30の溝の側面の面法線方向に沿ったそれぞれの膜厚よりも、底面誘電膜40の溝の深さ方向に沿った膜厚が厚い。 Further, a bottom dielectric film 40 connected to the lower end of the side dielectric film 30 is disposed on the bottom of the groove formed in the semiconductor substrate 10 . The film thickness along the depth direction of the bottom dielectric film 40 is thicker than each film thickness along the surface normal direction of the side surface of the trench of the side dielectric film 30 .

第1電極51と第2電極52は、溝の外部で半導体基板10に配置されている。導電膜20のそれぞれは、第1電極51と第2電極52のいずれかと電気的に接続する。具体的には、側面誘電膜30を介して相互に対向する一対の導電膜20のうち、一方の導電膜20が第1電極51と電気的に接続し、他方の導電膜20が第2電極52と電気的に接続する。 The first electrode 51 and the second electrode 52 are arranged on the semiconductor substrate 10 outside the groove. Each of the conductive films 20 is electrically connected to either the first electrode 51 or the second electrode 52. Specifically, among a pair of conductive films 20 facing each other with the side dielectric film 30 in between, one conductive film 20 is electrically connected to the first electrode 51, and the other conductive film 20 is connected to the second electrode. It is electrically connected to 52.

このように、半導体基板10の溝の内部には、溝の側面の面法線方向に沿って導電膜20と側面誘電膜30が交互に配置された薄膜コンデンサが構成されている。図1に示す半導体装置では、半導体基板10および第2導電膜22は、第1電極51と電気的に接続されている。また、第1導電膜21と第3導電膜23は、第2電極52と電気的に接続されている。 In this way, inside the groove of the semiconductor substrate 10, a thin film capacitor is constructed in which the conductive films 20 and the side dielectric films 30 are alternately arranged along the normal direction of the side surfaces of the groove. In the semiconductor device shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 10 and the second conductive film 22 are electrically connected to the first electrode 51. Further, the first conductive film 21 and the third conductive film 23 are electrically connected to the second electrode 52.

なお、第1導電膜21は、第1層間絶縁膜301によって半導体基板10と電気的に絶縁された第1上面導電層201を介して、第2電極52と電気的に接続されている。第2導電膜22は、第2層間絶縁膜302によって第1上面導電層201と電気的に絶縁された第2上面導電層202を介して、第1電極51と電気的に接続されている。第3導電膜23は、第3層間絶縁膜303によって第2上面導電層202と電気的に絶縁された第3上面導電層203を介して、第2電極52と電気的に接続されている。 Note that the first conductive film 21 is electrically connected to the second electrode 52 via the first upper conductive layer 201 which is electrically insulated from the semiconductor substrate 10 by the first interlayer insulating film 301. The second conductive film 22 is electrically connected to the first electrode 51 via the second upper conductive layer 202 which is electrically insulated from the first upper conductive layer 201 by the second interlayer insulating film 302 . The third conductive film 23 is electrically connected to the second electrode 52 via the third upper conductive layer 203 which is electrically insulated from the second upper conductive layer 202 by the third interlayer insulating film 303 .

第1電極51および第2電極52は、第3上面導電層203の上面に配置された第4層間絶縁膜304の上面に配置されている。なお、図1に示した断面図では、第1電極51および第2電極52がそれぞれ複数の領域に分離して表示されているが、半導体基板10の外側で第1電極51同士は電気的に接続し、第2電極52同士は電気的に接続している。 The first electrode 51 and the second electrode 52 are arranged on the upper surface of the fourth interlayer insulating film 304 arranged on the upper surface of the third upper conductive layer 203 . In the cross-sectional view shown in FIG. 1, the first electrode 51 and the second electrode 52 are shown separated into a plurality of regions, but the first electrodes 51 are electrically connected to each other outside the semiconductor substrate 10. The second electrodes 52 are electrically connected to each other.

図1に示すように、第1導電膜21と電気的に接続する第2電極52は、第2層間絶縁膜302~第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトビアによって、第1上面導電層201と電気的に接続する。第2導電膜22と電気的に接続する第1電極51は、第3層間絶縁膜303~第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトビアによって、第2上面導電層202と電気的に接続する。第3導電膜23と電気的に接続する第2電極52は、第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトビアによって、第3上面導電層203と電気的に接続する。そして、半導体基板10は、第1層間絶縁膜301~第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトビアを介して、第1電極51と電気的に接続する。 As shown in FIG. 1, the second electrode 52 electrically connected to the first conductive film 21 is connected to the first top conductive layer 201 by a contact via penetrating the second to fourth interlayer insulating films 302 to 304. electrically connect with. The first electrode 51, which is electrically connected to the second conductive film 22, is electrically connected to the second upper surface conductive layer 202 through a contact via penetrating the third to fourth interlayer insulating films 303 to 304. The second electrode 52 electrically connected to the third conductive film 23 is electrically connected to the third upper conductive layer 203 through a contact via penetrating the fourth interlayer insulating film 304 . The semiconductor substrate 10 is electrically connected to the first electrode 51 via contact vias that penetrate the first to fourth interlayer insulating films 301 to 304.

以下に、図1に示した半導体装置に形成された薄膜キャパシタの動作について説明する。第2電極52を基準にして第1電極51に正の電圧を引加することにより、半導体基板10および第2導電膜22に正の電荷がチャージされ、第1導電膜21および第3導電膜23に負の電荷がチャージされる。このとき、側面誘電膜30の内部で分極が起こり、静電容量が発生する。なお、第1電極51と第2電極52に印加する電圧の正負は逆でもよい。 The operation of the thin film capacitor formed in the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described below. By applying a positive voltage to the first electrode 51 with respect to the second electrode 52, positive charges are charged to the semiconductor substrate 10 and the second conductive film 22, and the first conductive film 21 and the third conductive film 23 is charged with a negative charge. At this time, polarization occurs inside the side dielectric film 30 and electrostatic capacitance is generated. Note that the polarities of the voltages applied to the first electrode 51 and the second electrode 52 may be reversed.

図1に示した半導体装置では、半導体基板10に形成した溝の内部に複数の側面誘電膜30を導電膜20と交互に積層し、それぞれの側面誘電膜30で静電容量を発生できる。このため、半導体基板10の面積あたりの容量密度を向上することができる。 In the semiconductor device shown in FIG. 1, a plurality of side dielectric films 30 are alternately stacked with conductive films 20 inside a groove formed in a semiconductor substrate 10, and each side dielectric film 30 can generate capacitance. Therefore, the capacitance density per area of the semiconductor substrate 10 can be improved.

半導体基板10の溝の内部に薄膜コンデンサを形成した場合、溝の底面と側面とが接続する溝の角部で誘電膜が屈折する。このため、薄膜コンデンサに所定の電圧を印加した場合に、溝の角部において誘電膜の屈折部に電界が集中する。この電界集中によって、半導体装置の耐圧が低下する場合がある。 When a thin film capacitor is formed inside a groove of the semiconductor substrate 10, the dielectric film is bent at the corner of the groove where the bottom and side surfaces of the groove are connected. Therefore, when a predetermined voltage is applied to the thin film capacitor, an electric field is concentrated at the bent portion of the dielectric film at the corner of the groove. This electric field concentration may lower the breakdown voltage of the semiconductor device.

これに対し、図1に示した半導体装置では、溝の側面に配置された側面誘電膜30よりも膜厚が厚い底面誘電膜40が、溝の底面に配置されている。このため、溝の角部における電界集中を緩和することができる。なお、側面誘電膜30の膜厚を増やさずに底面誘電膜40の膜厚のみを増加させることにより、容量密度の低下を抑制し、かつ溝の角部における電界集中を緩和することができる。 In contrast, in the semiconductor device shown in FIG. 1, the bottom dielectric film 40, which is thicker than the side dielectric film 30 disposed on the side surfaces of the trench, is disposed on the bottom surface of the trench. Therefore, electric field concentration at the corners of the groove can be alleviated. Note that by increasing only the thickness of the bottom dielectric film 40 without increasing the thickness of the side dielectric film 30, it is possible to suppress a decrease in capacitance density and to alleviate electric field concentration at the corners of the trench.

以上に説明したように、図1に示す半導体装置によれば、半導体基板10の溝の内部に薄膜コンデンサを構成し、かつ耐圧の低下を抑制できる。 As described above, according to the semiconductor device shown in FIG. 1, a thin film capacitor can be formed inside the groove of the semiconductor substrate 10, and a decrease in breakdown voltage can be suppressed.

上記では、3層の導電膜20を積層した構成について例示的に説明した。積層する導電膜20の層数を複数にすることにより、単位面積当たりの容量密度を大きくできる。積層する導電膜20の層数が多いほど単位面積当たりの容量密度をより大きくできるため、導電膜20の層数が4層以上であってもよい。一方、導電膜20の層数を少なくすることにより、製造工程を短縮することができる。導電膜20の層数は、所望の容量密度などに応じて任意に選択できる。なお、複数の導電膜20のうち溝の側面に最近接の第1導電膜21を1番目の導電膜として、奇数番目の導電膜20が互いに電気的に接続され、偶数番目の導電膜20が互いに電気的に接続される。そして、側面誘電膜30によって、奇数番目の導電膜20と偶数番目の導電膜20とが溝の内部で電気的に絶縁される。 In the above, a structure in which three layers of conductive films 20 are laminated has been exemplified. By stacking a plurality of layers of the conductive film 20, the capacitance density per unit area can be increased. The larger the number of laminated conductive films 20, the greater the capacity density per unit area, so the number of conductive films 20 may be four or more. On the other hand, by reducing the number of layers of the conductive film 20, the manufacturing process can be shortened. The number of layers of the conductive film 20 can be arbitrarily selected depending on the desired capacity density and the like. Note that among the plurality of conductive films 20, the first conductive film 21 closest to the side surface of the groove is set as the first conductive film, the odd-numbered conductive films 20 are electrically connected to each other, and the even-numbered conductive films 20 are connected to each other electrically. electrically connected to each other. The side dielectric films 30 electrically insulate the odd-numbered conductive films 20 and the even-numbered conductive films 20 inside the trench.

以下に、図面を参照して、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能である。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described below with reference to the drawings. Note that the method for manufacturing a semiconductor device described below is just an example, and it can be realized by various other manufacturing methods, including this modification.

先ず、図2に示すように、半導体基板10の主面11に溝100を形成する。ここで、半導体基板10が導電性の単結晶シリコン基板である。溝100は、例えば以下のようにして形成される。すなわち、CVD法などにより主面11の全面にシリコン酸化膜を形成した後、溝100を形成する領域が露出するように、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコン酸化膜のパターニングを行う。そして、シリコン酸化膜をエッチングマスクに用いて、ドライエッチング又はウェットエッチングにより溝100を形成する。溝100を形成した後、エッチングマスクに用いたシリコン酸化膜を除去する。 First, as shown in FIG. 2, a groove 100 is formed in the main surface 11 of the semiconductor substrate 10. Here, the semiconductor substrate 10 is a conductive single crystal silicon substrate. The groove 100 is formed, for example, as follows. That is, after forming a silicon oxide film over the entire main surface 11 by CVD or the like, the silicon oxide film is patterned using photolithography so that the region where the groove 100 is to be formed is exposed. Then, using the silicon oxide film as an etching mask, the groove 100 is formed by dry etching or wet etching. After forming the groove 100, the silicon oxide film used as an etching mask is removed.

次に、図3に示すように、溝100の内壁面及び主面11に、第1側面誘電膜31を形成する。第1側面誘電膜31などの側面誘電膜30は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜、若しくはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜を、低圧CVD法で堆積することにより形成される。側面誘電膜30の膜厚は、例えば0.8μm程度である。 Next, as shown in FIG. 3, a first side dielectric film 31 is formed on the inner wall surface and main surface 11 of the groove 100. The side dielectric films 30 such as the first side dielectric film 31 are formed by depositing a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film using a low pressure CVD method. The thickness of the side dielectric film 30 is, for example, about 0.8 μm.

その後、図4に示すように、溝100の底面に底面誘電膜40を形成する。底面誘電膜40は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜、若しくはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜である、このとき、溝100の深さ方向にバイアスをかけるプラズマCVD法によって、溝100の底面に選択的に底面誘電膜40を堆積する。底面誘電膜40の膜厚は、例えば3μm程度である。 Thereafter, as shown in FIG. 4, a bottom dielectric film 40 is formed on the bottom surface of the groove 100. The bottom dielectric film 40 is a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. A bottom dielectric film 40 is selectively deposited on. The thickness of the bottom dielectric film 40 is, for example, about 3 μm.

上記のように溝100の深さ方向にバイアスをかけるプラズマCVD法を使用することにより、溝100の内部において、溝100の側面を除いた溝100の底面にのみ底面誘電膜40を堆積できる。なお、第1側面誘電膜31を形成する工程と底面誘電膜40を形成する工程において半導体基板10の主面11の上方に形成された誘電膜の積層体が、第1層間絶縁膜301である。 By using the plasma CVD method that applies a bias in the depth direction of the trench 100 as described above, the bottom dielectric film 40 can be deposited inside the trench 100 only on the bottom surface of the trench 100 excluding the side surfaces of the trench 100. Note that the stack of dielectric films formed above the main surface 11 of the semiconductor substrate 10 in the step of forming the first side dielectric film 31 and the step of forming the bottom dielectric film 40 is the first interlayer insulating film 301. .

次いで、図5に示すように、第1側面誘電膜31の表面を覆って第1導電膜21を溝100の内部に形成する。第1導電膜21などの導電膜20には、例えば、リン(P)などの不純物をドープした多結晶シリコン膜を使用する。多結晶シリコン膜は、CVD法などを用いて形成される。導電膜20の膜厚は、例えば0.4μm程度である。なお、第1導電膜21を形成する工程において半導体基板10の主面11の上方に形成された導電膜が、第1上面導電層201である。 Next, as shown in FIG. 5, a first conductive film 21 is formed inside the groove 100 to cover the surface of the first side dielectric film 31. For the conductive film 20 such as the first conductive film 21, for example, a polycrystalline silicon film doped with an impurity such as phosphorus (P) is used. The polycrystalline silicon film is formed using a CVD method or the like. The thickness of the conductive film 20 is, for example, about 0.4 μm. Note that the conductive film formed above the main surface 11 of the semiconductor substrate 10 in the step of forming the first conductive film 21 is the first top conductive layer 201 .

図6に示すように、第1上面導電層201を覆うマスク材60を形成する。ここで、マスク材60は、常圧CVD法により形成されるシリコン酸化膜である。マスク材60の成膜方法に常圧CVD法を用いることにより、溝100の底面にはマスク材60が形成されず、かつ溝100の外側で半導体基板10の主面11の上方にマスク材60が形成される。マスク材60の膜厚は、例えば1μm程度である。 As shown in FIG. 6, a mask material 60 covering the first upper conductive layer 201 is formed. Here, the mask material 60 is a silicon oxide film formed by atmospheric pressure CVD. By using the normal pressure CVD method for forming the mask material 60, the mask material 60 is not formed on the bottom surface of the groove 100, and the mask material 60 is formed above the main surface 11 of the semiconductor substrate 10 outside the groove 100. is formed. The film thickness of the mask material 60 is, for example, about 1 μm.

その後、図7に示すように、マスク材60を保護膜にして、ドライエッチングなどの溝100の深さ方向にエッチングが進む異方性エッチングにより、第1導電膜21の形成時に溝100の底面に堆積された導電膜をエッチング除去する。このとき、溝100の深さ方向にバイアスをかけるプラズマエッチングにより、溝100の側面に形成された第1導電膜21をエッチングせずに、溝100の底面に堆積した導電膜を選択的に除去することができる。保護膜として使用したマスク材60の積層体が、第2層間絶縁膜302として半導体基板10の主面11の上方に残される。 Thereafter, as shown in FIG. 7, using the mask material 60 as a protective film, anisotropic etching such as dry etching in which etching progresses in the depth direction of the groove 100 is performed to form the first conductive film 21 on the bottom surface of the groove 100. The conductive film deposited on the substrate is etched away. At this time, by plasma etching that applies a bias in the depth direction of the groove 100, the conductive film deposited on the bottom surface of the groove 100 is selectively removed without etching the first conductive film 21 formed on the side surface of the groove 100. can do. A stack of mask materials 60 used as a protective film is left above main surface 11 of semiconductor substrate 10 as second interlayer insulating film 302 .

溝100の底面に堆積された導電膜を除去した後、図8に示すように、溝100の側面に形成された第1導電膜21の表面を覆って、第2側面誘電膜32を形成する。第2側面誘電膜32は、例えば低圧CVD法により形成される。 After removing the conductive film deposited on the bottom surface of the trench 100, a second side dielectric film 32 is formed to cover the surface of the first conductive film 21 formed on the side surface of the trench 100, as shown in FIG. . The second side dielectric film 32 is formed by, for example, a low pressure CVD method.

次いで、図9に示すように、異方性のドライエッチングにより、第2側面誘電膜32の形成時に溝100の底面およびマスク材60の上面に堆積した誘電膜をエッチング除去する。このとき、プラズマエッチングにおいて溝100の深さ方向にバイアスをかけることにより、溝100の側面に形成された第2側面誘電膜32をエッチングせずに、溝100の底面に堆積した誘電膜を選択的に除去できる。 Next, as shown in FIG. 9, the dielectric film deposited on the bottom surface of the trench 100 and the top surface of the mask material 60 during the formation of the second side dielectric film 32 is etched away by anisotropic dry etching. At this time, by applying a bias in the depth direction of the trench 100 during plasma etching, the dielectric film deposited on the bottom surface of the trench 100 is selected without etching the second side dielectric film 32 formed on the side surface of the trench 100. can be removed.

その後、図5から図9を参照して説明した方法と同様にして、第2導電膜22、第3側面誘電膜33、第3導電膜23を順に形成する。第3導電膜23により溝100を埋め込むことにより、図10に示した半導体基体が得られる。なお、第2導電膜22の形成時に溝100の底面に堆積した導電膜をエッチング除去するために使用するマスク材が、第3層間絶縁膜303である。また、第2導電膜22を形成する工程において半導体基板10の主面11の上方に形成された導電膜が、第2上面導電層202である。そして、第3導電膜23を形成する工程において半導体基板10の主面11の上方に形成された導電膜が、第3上面導電層203である。 Thereafter, the second conductive film 22, the third side dielectric film 33, and the third conductive film 23 are sequentially formed in the same manner as described with reference to FIGS. 5 to 9. By filling the trench 100 with the third conductive film 23, the semiconductor substrate shown in FIG. 10 is obtained. Note that the third interlayer insulating film 303 is a mask material used for etching away the conductive film deposited on the bottom surface of the trench 100 when forming the second conductive film 22. Further, the conductive film formed above the main surface 11 of the semiconductor substrate 10 in the step of forming the second conductive film 22 is the second top conductive layer 202 . The conductive film formed above the main surface 11 of the semiconductor substrate 10 in the step of forming the third conductive film 23 is the third top conductive layer 203 .

図10に示した第3導電膜23の表面を覆って、第4層間絶縁膜304が形成される。更に、第4層間絶縁膜304の上面に第1電極51および第2電極52を形成して、図1に示す半導体装置が完成する。 A fourth interlayer insulating film 304 is formed covering the surface of the third conductive film 23 shown in FIG. Further, a first electrode 51 and a second electrode 52 are formed on the upper surface of the fourth interlayer insulating film 304, and the semiconductor device shown in FIG. 1 is completed.

第1電極51および第2電極52の形成には、半導体基板10の主面11上に形成された絶縁膜を選択的に除去する。例えば、第1層間絶縁膜301~第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを導電材で埋め込むように、半導体基板10と電気的に接続する第1電極51を形成する。また、第2層間絶縁膜302~第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを導電材で埋め込むように、第1上面導電層201と電気的に接続する第2電極52を形成する。第3層間絶縁膜303~第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを導電材で埋め込むように、第2上面導電層202と電気的に接続する第1電極51を形成する。更に、第4層間絶縁膜304を貫通するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを導電材で埋め込むように、第3上面導電層203と電気的に接続する第2電極52を形成する。 To form the first electrode 51 and the second electrode 52, the insulating film formed on the main surface 11 of the semiconductor substrate 10 is selectively removed. For example, a contact hole passing through the first interlayer insulating film 301 to the fourth interlayer insulating film 304 is formed, and the first electrode 51 electrically connected to the semiconductor substrate 10 is formed so as to fill this contact hole with a conductive material. do. Further, a contact hole passing through the second interlayer insulating film 302 to the fourth interlayer insulating film 304 is formed, and a second electrode is electrically connected to the first upper conductive layer 201 so as to fill the contact hole with a conductive material. Form 52. A contact hole passing through the third to fourth interlayer insulating films 303 to 304 is formed, and the first electrode 51 is electrically connected to the second upper conductive layer 202 so as to fill the contact hole with a conductive material. Form. Further, a contact hole passing through the fourth interlayer insulating film 304 is formed, and a second electrode 52 electrically connected to the third upper surface conductive layer 203 is formed so as to fill this contact hole with a conductive material.

上記に説明した製造方法では、導電膜20を形成するごとに、溝100の底面にはマスク材60が形成されず、かつ溝100の外側で半導体基板10の主面11の上方にマスク材60が形成される成膜方法により、マスク材60を形成する。例えば、常圧CVD法によりシリコン酸化膜をマスク材60として形成する。これにより、フォトリソグラフィ技術によりマスク材60をパターニングする必要なく、溝100の底面に堆積した導電膜を除去できる。その結果、半導体装置の製造工程を短縮することができる。 In the manufacturing method described above, every time the conductive film 20 is formed, the mask material 60 is not formed on the bottom surface of the groove 100, and the mask material 60 is not formed on the bottom surface of the groove 100 and above the main surface 11 of the semiconductor substrate 10. The mask material 60 is formed using a film forming method that forms the mask material 60. For example, a silicon oxide film is formed as the mask material 60 by atmospheric pressure CVD. Thereby, the conductive film deposited on the bottom surface of the trench 100 can be removed without the need to pattern the mask material 60 using photolithography technology. As a result, the manufacturing process of the semiconductor device can be shortened.

一方、溝100の深さ方向にバイアスをかけるプラズマCVD法によって、例えば図4に示すように溝100の底面に底面誘電膜40を選択的に形成する。また、例えば図3に示すように溝100の側面および底面に成膜する場合には、低圧CVD法を用いる。 On the other hand, a bottom dielectric film 40 is selectively formed on the bottom surface of the trench 100, for example, as shown in FIG. 4, by a plasma CVD method that applies a bias in the depth direction of the trench 100. Furthermore, for example, when forming a film on the side and bottom surfaces of the groove 100 as shown in FIG. 3, a low pressure CVD method is used.

半導体基板10には、例えば単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を使用できる。加工性が高い材料であるシリコン基板を使用することにより、微細加工により集積化が可能である。このため、容量密度の高い半導体装置を製造できる。 For example, a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate can be used as the semiconductor substrate 10. By using a silicon substrate, which is a material with high workability, integration is possible through microfabrication. Therefore, a semiconductor device with high capacity density can be manufactured.

また、導電膜20に多結晶シリコン膜を使用することにより、カバレッジのよい膜を形成する低圧化学蒸着法を導電膜20の形成に用いることができる。このため、アスペクト比の高い溝100の内部に導電膜20を形成することができ、容量密度の高い薄膜コンデンサを有する半導体装置を製造できる。 Furthermore, by using a polycrystalline silicon film for the conductive film 20, a low-pressure chemical vapor deposition method that forms a film with good coverage can be used to form the conductive film 20. Therefore, the conductive film 20 can be formed inside the groove 100 with a high aspect ratio, and a semiconductor device having a thin film capacitor with a high capacitance density can be manufactured.

また、上記では、側面誘電膜30や底面誘電膜40にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を使用した。絶縁破壊電界及び比誘電率の高い材料を用いることにより、耐圧及び誘電率の高い側面誘電膜30を形成できる。このため、耐圧が高く、かつ容量密度の高い半導体装置を実現できる。 Furthermore, in the above example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is used for the side dielectric film 30 and the bottom dielectric film 40. By using a material with a high dielectric breakdown electric field and a high dielectric constant, it is possible to form the side dielectric film 30 with a high withstand voltage and a high dielectric constant. Therefore, a semiconductor device with high breakdown voltage and high capacity density can be realized.

或いは、2種類以上の材料による多層構造の側面誘電膜30や底面誘電膜40を使用してもよい。例えば、相対的に誘電率は高いが膜応力が大きいシリコン窒化膜と、相対的に誘電率が低いが膜応力の小さいシリコン酸化膜を積層して側面誘電膜30を形成する。これにより、所望の厚みを確保し且つ誘電率と応力のバランスのとれた、誘電率の高い側面誘電膜30を形成できる。 Alternatively, a side dielectric film 30 or a bottom dielectric film 40 having a multilayer structure made of two or more types of materials may be used. For example, the side dielectric film 30 is formed by stacking a silicon nitride film with a relatively high dielectric constant but a large film stress and a silicon oxide film with a relatively low dielectric constant but a small film stress. As a result, it is possible to form a side dielectric film 30 having a high dielectric constant, ensuring a desired thickness, and having a well-balanced dielectric constant and stress.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に半導体装置は、図11に示すように、溝の内部に形成された複数の導電膜20のうち溝の側面に近い導電膜20ほど、溝の深さ方向に沿って深く形成されている。すなわち、第1導電膜21の下端が最も溝の底面に近く、第3導電膜23の下端が最も溝の底面から離れている。
(Second embodiment)
In the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11, among the plurality of conductive films 20 formed inside the trench, the conductive films 20 closer to the side surfaces of the trench are arranged in the depth direction of the trench. It is deeply formed along the That is, the lower end of the first conductive film 21 is closest to the bottom of the groove, and the lower end of the third conductive film 23 is furthest from the bottom of the groove.

図11に示す半導体装置では、溝の側面に近い導電膜20をより深く形成することにより、静電容量を形成する側面誘電膜30の面積を増大することができる。その結果、容量密度の高い薄膜コンデンサを有する半導体装置を実現できる。また、側面誘電膜30を溝の側面に近い順に深く形成することにより、側面誘電膜30の溝の底部における電界分布に緩やかな傾斜がつく。これにより、溝の角部での電界集中が緩和されて、半導体装置の耐圧低下を抑制できる。 In the semiconductor device shown in FIG. 11, by forming the conductive film 20 deeper near the side surfaces of the trench, the area of the side dielectric film 30 forming capacitance can be increased. As a result, a semiconductor device having a thin film capacitor with high capacitance density can be realized. Further, by forming the side dielectric film 30 deeper in the order closer to the side surfaces of the trench, the electric field distribution at the bottom of the trench of the side surface dielectric film 30 has a gentle slope. As a result, electric field concentration at the corners of the trench is alleviated, and a decrease in breakdown voltage of the semiconductor device can be suppressed.

更に、図11に示した半導体装置は、底面誘電膜40が複数の層を溝の深さ方向に積層した構造を有する。すなわち、溝の底面から順に、第1底部誘電層401、第2底部誘電層402、第3底部誘電層403が積層されている。以下において、第1底部誘電層401~第3底部誘電層403を総称して「底部誘電層400」という。 Furthermore, the semiconductor device shown in FIG. 11 has a structure in which the bottom dielectric film 40 has a plurality of layers laminated in the depth direction of the trench. That is, a first bottom dielectric layer 401, a second bottom dielectric layer 402, and a third bottom dielectric layer 403 are laminated in order from the bottom surface of the groove. Hereinafter, the first to third bottom dielectric layers 401 to 403 are collectively referred to as "bottom dielectric layer 400."

図11に示すように、底部誘電層400のそれぞれが、側面誘電膜30のいずれかの下端に接続している。すなわち、第1底部誘電層401が第1側面誘電膜31の下端に接続し、第2底部誘電層402が第2側面誘電膜32の下端に接続し、第3底部誘電層403が第3側面誘電膜33の下端に接続する。 As shown in FIG. 11, each of the bottom dielectric layers 400 is connected to the lower end of one of the side dielectric films 30. That is, the first bottom dielectric layer 401 is connected to the bottom end of the first side dielectric film 31, the second bottom dielectric layer 402 is connected to the bottom end of the second side dielectric film 32, and the third bottom dielectric layer 403 is connected to the bottom end of the first side dielectric film 31. Connected to the lower end of the dielectric film 33.

そして、底部誘電層400のうち溝の底面に近い底部誘電層400ほど、その膜厚が薄い。即ち、第1底部誘電層401の膜厚が最も薄く、第3底部誘電層403の膜厚が最も厚い。通常、溝の底面から遠い離れた誘電膜ほど、その曲率半径が小さいために電界集中が大きく、耐圧が低下する。しかし、図11に示した半導体装置によれば、溝の底面から離れるほど底部誘電層400の膜厚を厚くすることにより、耐圧の低下を抑制できる。 Of the bottom dielectric layers 400, the closer the bottom dielectric layer 400 is to the bottom of the groove, the thinner the film thickness is. That is, the first bottom dielectric layer 401 has the thinnest thickness, and the third bottom dielectric layer 403 has the thickest thickness. Normally, the farther the dielectric film is from the bottom of the groove, the smaller the radius of curvature of the dielectric film, the greater the electric field concentration, and the lower the withstand voltage. However, according to the semiconductor device shown in FIG. 11, by increasing the thickness of the bottom dielectric layer 400 as the distance from the bottom surface of the groove increases, the decrease in breakdown voltage can be suppressed.

図11に示した半導体装置は、図2~図10を参照して説明した製造方法と同様にして製造できる。ただし、側面誘電膜30を形成した後に(図8参照)、溝の底面に形成された誘電膜を除去しない。つまり、側面誘電膜30の形成時に溝の底面に堆積した誘電膜を底面誘電膜40に使用する。このため、側面誘電膜30のそれぞれが、溝の一方の側面から溝の底面に沿って形成された底面領域を経て溝の他方の側面まで連続的に配置される。そして、溝の側面に近い側面誘電膜30ほど、側面誘電膜30の膜厚を薄くする。これにより、溝の底面に近いほど底部誘電層400の膜厚を薄くできる。 The semiconductor device shown in FIG. 11 can be manufactured in the same manner as the manufacturing method described with reference to FIGS. 2 to 10. However, after forming the side dielectric film 30 (see FIG. 8), the dielectric film formed on the bottom of the trench is not removed. That is, the dielectric film deposited on the bottom surface of the trench during the formation of the side dielectric film 30 is used as the bottom dielectric film 40. Therefore, each of the side dielectric films 30 is disposed continuously from one side of the trench to the other side of the trench through a bottom region formed along the bottom of the trench. The thickness of the side dielectric film 30 is made thinner as the side dielectric film 30 is closer to the side surface of the trench. Thereby, the thickness of the bottom dielectric layer 400 can be made thinner closer to the bottom of the groove.

なお、半導体基板10にシリコン基板を使用し、かつ、熱酸化法による酸化膜形成速が溝100の側面よりも溝100の底面で速いように溝100の側面と底面の面方位を選択することが好ましい。例えば、溝100の底面の面方位を(111)や(110)とし、溝100の側面の面方位を(100)とする。これにより、熱酸化法により溝100の側面および底面に酸化膜を形成する場合に、1回の工程で溝100の底面に側面よりも厚い酸化膜を形成することができる。このため、半導体装置の製造工数を少なくできる。 Note that a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 10, and the surface orientations of the side and bottom surfaces of the trench 100 are selected so that the rate of oxide film formation by the thermal oxidation method is faster on the bottom surface of the trench 100 than on the side surface of the trench 100. is preferred. For example, the bottom surface of the groove 100 has a plane orientation of (111) or (110), and the side surface of the groove 100 has a plane direction of (100). As a result, when forming an oxide film on the side and bottom surfaces of the trench 100 by thermal oxidation, it is possible to form an oxide film thicker on the bottom surface of the trench 100 than on the side surfaces in one step. Therefore, the number of manufacturing steps for the semiconductor device can be reduced.

図11に示した半導体装置では、第1底部誘電層401は、第1側面誘電膜31の底面領域と第1底面領域誘電膜411の積層構造である。第2底部誘電層402は、第2側面誘電膜32の底面領域と第2底面領域誘電膜412の積層構造である。第3底部誘電層403は、第3側面誘電膜33の底面領域と第3底面領域誘電膜413の積層構造である。そして、第1底面領域誘電膜411、第2底面領域誘電膜412、第3底面領域誘電膜413の順に膜厚を厚くすることにより、溝の底面から近いほど底部誘電層400の膜厚を薄くしている。例えば、第1底部誘電層401の膜厚は1μm程度、第2底部誘電層402の膜厚は1.5μm程度、第3底部誘電層403の膜厚は2μm程度である。 In the semiconductor device shown in FIG. 11, the first bottom dielectric layer 401 has a laminated structure of the bottom region of the first side dielectric film 31 and the first bottom region dielectric film 411. The second bottom dielectric layer 402 has a stacked structure of a bottom region of the second side dielectric film 32 and a second bottom region dielectric film 412 . The third bottom dielectric layer 403 has a stacked structure of a bottom region of the third side dielectric film 33 and a third bottom region dielectric film 413 . By increasing the film thickness in the order of the first bottom region dielectric film 411, the second bottom region dielectric film 412, and the third bottom region dielectric film 413, the film thickness of the bottom dielectric layer 400 is made thinner as it approaches the bottom of the groove. are doing. For example, the thickness of the first bottom dielectric layer 401 is about 1 μm, the thickness of the second bottom dielectric layer 402 is about 1.5 μm, and the thickness of the third bottom dielectric layer 403 is about 2 μm.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る半導体装置は、図12に示すように、複数の導電膜20のそれぞれが、溝の一方の側面から溝の底面に沿って形成された領域を経て溝の他方の側面まで連続的に形成されている。そして、導電膜20の相互間は、底部誘電層400によって絶縁分離されている。図12に示す半導体装置は、導電膜20が溝の底面に沿った領域を含んで連続的に配置されていることが、図11に示した半導体装置と異なる点である。他は、第2の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
In the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, each of the plurality of conductive films 20 passes through a region formed along the bottom surface of the trench from one side of the trench. It is formed continuously to the other side. The conductive films 20 are insulated from each other by a bottom dielectric layer 400. The semiconductor device shown in FIG. 12 differs from the semiconductor device shown in FIG. 11 in that the conductive film 20 is disposed continuously including the region along the bottom surface of the trench. The rest is the same as the second embodiment.

図12に示す半導体装置では、第1底部誘電層401の膜厚が第1側面誘電膜31の膜厚より厚い。また、第2底部誘電層402の膜厚が第2側面誘電膜32の膜厚より厚い。更に、第3底部誘電層403の膜厚が第3側面誘電膜33の膜厚より厚い。したがって、図12に示す半導体装置によれば、溝の角部における誘電膜での電界集中を緩和し、耐圧の低下を抑制することができる。 In the semiconductor device shown in FIG. 12, the first bottom dielectric layer 401 is thicker than the first side dielectric film 31. Furthermore, the second bottom dielectric layer 402 is thicker than the second side dielectric film 32 . Furthermore, the thickness of the third bottom dielectric layer 403 is thicker than the thickness of the third side dielectric film 33. Therefore, according to the semiconductor device shown in FIG. 12, electric field concentration in the dielectric film at the corners of the trench can be alleviated, and a decrease in breakdown voltage can be suppressed.

更に、図12に示した半導体装置では、溝の底面にも静電容量が形成される。このため、図12に示した半導体装置によれば、静電容量を形成する誘電膜の面積を増大することができる。その結果、容量密度の高い薄膜コンデンサを有する半導体装置を実現できる。 Furthermore, in the semiconductor device shown in FIG. 12, capacitance is also formed at the bottom of the groove. Therefore, according to the semiconductor device shown in FIG. 12, the area of the dielectric film forming capacitance can be increased. As a result, a semiconductor device having a thin film capacitor with high capacitance density can be realized.

また、図12に示すように、溝の側面に近い導電膜20ほど、溝の深さ方向に沿って深く形成されている。このため、静電容量を形成する側面誘電膜30の面積を増大させて、薄膜コンデンサの容量密度を高くできる。更に、溝の底面から遠い底部誘電層400ほど、その膜厚が厚い。このため、溝の底面から遠い誘電膜ほど曲率半径が小さくなって電界が集中しても、耐圧の低下を抑制できる。 Further, as shown in FIG. 12, the closer the conductive film 20 is to the side surface of the groove, the deeper the conductive film 20 is formed along the depth direction of the groove. Therefore, by increasing the area of the side dielectric film 30 that forms capacitance, the capacitance density of the thin film capacitor can be increased. Further, the farther the bottom dielectric layer 400 is from the bottom of the trench, the thicker the film is. Therefore, even if the radius of curvature of the dielectric film becomes smaller as it is farther from the bottom of the groove and the electric field is concentrated, a decrease in breakdown voltage can be suppressed.

図12に示した半導体装置は、第2の実施形態に係る半導体装置と同様にして製造できる。ただし、導電膜20を形成した後に(図6参照)、溝の底面に形成された導電膜20を除去しない。例えば、マスク材60を溝100の底面に堆積した導電膜をエッチング除去するための保護膜としては使用せず、層間絶縁膜とする。 The semiconductor device shown in FIG. 12 can be manufactured in the same manner as the semiconductor device according to the second embodiment. However, after forming the conductive film 20 (see FIG. 6), the conductive film 20 formed on the bottom surface of the groove is not removed. For example, the mask material 60 is not used as a protective film for etching away the conductive film deposited on the bottom surface of the groove 100, but is used as an interlayer insulating film.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, embodiments of the present invention have been described, but the statements and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the present invention. Various alternative embodiments, implementations, and operational techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

例えば、上記では、半導体基板10が導電性基板である場合について説明したが、半導体基板10は絶縁性基板であってもよい。このとき、溝の側面で半導体基板10に接触する膜は導電膜20であってもよいし、側面誘電膜30であってもよい。また、薄膜キャパシタが内部に形成される溝の数が複数であってもよい。 For example, although the case where the semiconductor substrate 10 is a conductive substrate has been described above, the semiconductor substrate 10 may be an insulating substrate. At this time, the film that contacts the semiconductor substrate 10 on the side surface of the trench may be the conductive film 20 or the side dielectric film 30. Furthermore, the number of grooves in which the thin film capacitor is formed may be plural.

また、第1電極51と第2電極52を半導体基板10の両方を主面11側に配置した例を示したが、第1電極51と第2電極52を半導体基板10の相互に対向する第1主面と第2主面にそれぞれ配置してもよい。 Further, although an example has been shown in which the first electrode 51 and the second electrode 52 are arranged on the main surface 11 side of the semiconductor substrate 10, the first electrode 51 and the second electrode 52 are arranged on the side of the semiconductor substrate 10 that faces each other. They may be placed on the first main surface and the second main surface, respectively.

なお、上記では導電膜20が多結晶シリコン膜である場合を説明したが、導電膜20が他の導電性の半導体膜や金属膜であってもよい。例えば、導電膜20の材料に導電性の多結晶炭化珪素やシリコンゲルマニウム(SiGe)、アルミニウムなどを使用してもよい。 Note that although the case where the conductive film 20 is a polycrystalline silicon film has been described above, the conductive film 20 may be any other conductive semiconductor film or metal film. For example, conductive polycrystalline silicon carbide, silicon germanium (SiGe), aluminum, or the like may be used as the material of the conductive film 20.

10…半導体基板
11…主面
21…第1導電膜
22…第2導電膜
23…第3導電膜
31…第1側面誘電膜
32…第2側面誘電膜
33…第3側面誘電膜
40…底面誘電膜
51…第1電極
52…第2電極
100…溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Semiconductor substrate 11... Main surface 21... First conductive film 22... Second conductive film 23... Third conductive film 31... First side dielectric film 32... Second side dielectric film 33... Third side dielectric film 40... Bottom surface Dielectric film 51...First electrode 52...Second electrode 100...Groove

Claims (12)

主面に溝が形成された半導体基板と、
前記溝の側面の面法線方向に沿って相互に離間して積層された複数の導電膜と、
前記溝の側面の面法線方向に沿って前記複数の導電膜と交互に配置された複数の側面誘電膜と、
前記溝の底面に配置されて前記複数の側面誘電膜の下端に接続する底面誘電膜であって、前記複数の側面誘電膜の前記溝の側面の面法線方向に沿ったそれぞれの膜厚よりも前記溝の深さ方向に沿った膜厚が厚い前記底面誘電膜と、
前記複数の導電膜のうち相互に対向する一対の導電膜の一方が電気的に接続する第1電極と、
前記一対の導電膜の他方が電気的に接続する第2電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
a semiconductor substrate with a groove formed on its main surface;
a plurality of conductive films stacked apart from each other along the surface normal direction of the side surface of the groove;
a plurality of side dielectric films alternately arranged with the plurality of conductive films along the surface normal direction of the side surface of the groove;
A bottom dielectric film disposed on the bottom surface of the groove and connected to the lower ends of the plurality of side dielectric films, the film thickness being greater than the thickness of each of the plurality of side dielectric films along the surface normal direction of the side surface of the groove. and the bottom dielectric film is thick in the depth direction of the groove;
a first electrode to which one of a pair of mutually opposing conductive films among the plurality of conductive films is electrically connected;
and a second electrode to which the other of the pair of conductive films is electrically connected.
前記複数の導電膜のうち前記溝の側面に近い導電膜ほど前記溝の深さ方向に沿って深く形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein among the plurality of conductive films, a conductive film closer to a side surface of the groove is formed deeper along a depth direction of the groove. 前記複数の導電膜のそれぞれが、前記溝の一方の側面から前記溝の底面に沿って形成された領域を経て前記一方の側面に対向する前記溝の他方の側面まで連続的に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 Each of the plurality of conductive films is continuously formed from one side of the groove through a region formed along the bottom of the groove to the other side of the groove opposite to the one side. The semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that: 前記底面誘電膜が、複数の底部誘電層が前記溝の深さ方向に積層する構成を有し、
前記複数の底部誘電層それぞれが前記複数の側面誘電膜のいずれかの下端に接続し、
前記複数の底部誘電層のうち前記溝の底面に近い底部誘電層ほど膜厚が薄いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The bottom dielectric film has a configuration in which a plurality of bottom dielectric layers are stacked in the depth direction of the groove,
Each of the plurality of bottom dielectric layers is connected to a lower end of one of the plurality of side dielectric films,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein among the plurality of bottom dielectric layers, a bottom dielectric layer closer to a bottom surface of the trench has a thinner film thickness.
前記半導体基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate. 熱酸化法による酸化膜形成速が前記溝の側面よりも前記溝の底面で速いように、前記溝の側面と底面の面方位が選択されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 6. The semiconductor according to claim 5, wherein the plane orientations of the side and bottom surfaces of the trench are selected so that the rate of oxide film formation by thermal oxidation is faster on the bottom surface of the trench than on the side surfaces of the trench. Device. 前記複数の導電膜が多結晶シリコン膜であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of conductive films are polycrystalline silicon films. 前記複数の側面誘電膜および前記底面誘電膜が、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of side dielectric films and the bottom dielectric film are silicon oxide films or silicon nitride films. 前記側面誘電膜および前記底面誘電膜が、2種類以上の材料による多層構造であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the side dielectric film and the bottom dielectric film have a multilayer structure made of two or more types of materials. 前記複数の導電膜が3層以上の構成であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of conductive films have a structure of three or more layers. 半導体基板の主面に溝を形成する工程と、
前記溝の側面の面法線方向に沿って、導電膜と側面誘電膜を交互に積層する工程と、
前記側面誘電膜それぞれの下端に接続する底面誘電膜を前記溝の底面に形成する工程であって、前記側面誘電膜それぞれの前記溝の側面の面法線方向に沿った膜厚よりも前記溝の深さ方向に沿った膜厚が厚い前記底面誘電膜を形成する工程と
を含み、
前記導電膜を形成するごとに、前記溝の底面にマスク材が形成されず、かつ前記溝の外側で前記主面の上方に前記マスク材が形成される成膜方法により、前記マスク材を形成し、
前記マスク材を保護膜にして前記溝の深さ方向にエッチングが進む異方性エッチングにより、前記導電膜の前記溝の底面に堆積した部分を選択的に除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
forming a groove on the main surface of the semiconductor substrate;
Alternately laminating a conductive film and a side dielectric film along the surface normal direction of the side surface of the groove;
forming a bottom dielectric film on the bottom surface of the groove, the bottom dielectric film being connected to the lower end of each of the side dielectric films; forming the bottom dielectric film having a thick film thickness along the depth direction;
Each time the conductive film is formed, the mask material is formed using a film forming method in which the mask material is not formed on the bottom surface of the groove and the mask material is formed above the main surface outside the groove. death,
A semiconductor device characterized in that a portion of the conductive film deposited on the bottom surface of the groove is selectively removed by anisotropic etching in which etching proceeds in the depth direction of the groove using the mask material as a protective film. Production method.
前記マスク材を形成する成膜方法が常圧CVD法であることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the film forming method for forming the mask material is an atmospheric pressure CVD method.
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