JPH04237157A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04237157A
JPH04237157A JP545991A JP545991A JPH04237157A JP H04237157 A JPH04237157 A JP H04237157A JP 545991 A JP545991 A JP 545991A JP 545991 A JP545991 A JP 545991A JP H04237157 A JPH04237157 A JP H04237157A
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JP
Japan
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film
capacitor
power supply
semiconductor device
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP545991A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Katakura
洋 片倉
Akinori Tawara
田原 昭紀
Tetsukazu Nishimura
哲一 西村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り,特に
電源電圧の安定供給のためのコンデンサを有する半導体
装置に関する。 【0002】近年,LSI は微細化技術の進展にとも
ない高速,高集積化の一途をたどっており,電源電圧の
安定供給のために大きな電源コンデンサがチップ内に形
成さることが必要となっている。 【0003】本発明はこの必要性に対応した構造として
利用できる。 【0004】 【従来の技術】図2は従来例による電源線に接続したコ
ンデンサ(例えば,配線間容量)を形成した半導体装置
の断面図である。 【0005】図において,1は半導体基板でp型シリコ
ン(p−Si)基板, 2は高濃度n型埋込層(n+−
Si 層) ,3は埋込層上に成長されたn−Siエピ
層,4は分離絶縁膜で熱酸化の二酸化シリコン(SiO
2)膜,5は素子分離用U溝内の表面に形成された酸化
膜でSiO2膜,6はU溝内酸化膜の上に成長された窒
化シリコン(Si3N4) 膜,7はU溝内に充填され
た導電体でポリシリコン,8はトランジスタのベース,
9は同エミッタ,10はベース引出し用p型ポリシリコ
ン膜, 11は層間絶縁膜, 12はコンタクト用n型
ポリシリコン, 13は1層目アルミニウム(Al)配
線膜, 14は容量を構成する誘電体膜でSiO2膜,
 15は2層目Al配線膜である。 【0006】この例のコンデンサはAl/SiO2/A
l構造で, 基板上にトランジスタとは別工程で作成さ
れる。以下に従来例のプロセス順序を説明する。 【0007】1.トランジスタ部の形成(1) 基板1
上に n+ 埋込層2を形成する。 (2) n−Siエピ層3を成長する。 (3)U溝をエッチングで形成し,溝内を酸化してSi
O2膜5を形成し,その上にSi3N4 膜6を成長し
, ポリシリコン7を埋め込み, その表面を酸化する
。 (4)ベース引出し用p型ポリシリコン膜10を成長し
,パターニング後ベース形成のためのイオン注入を行う
。 (5) 層間絶縁膜のSiO2膜11を成長し, 開口
してエミッタコンタクトとコレクタコンタクトのn型ポ
リシリコン膜12を成長し, パターニングして, エ
ミッタ形成およびコレクタコンタクト層のためのイオン
注入を行う。 【0008】2.コンデンサ形成 (6) 1層目Al配線膜13をSiO2膜11上に被
着する。 (7) 誘電体膜としてSiO2膜14を成長する。 (8) コンデンサ部のSiO2膜14を必要分だけエ
ッチバックする。 (9) 2層目Al配線膜15を被着し, 上記3層を
パターニングしてコンデンサを形成する。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】従来例では,コンデン
サ形成のための別工程を必要とし,またコンデンサは十
分大きな静電容量を得ることができなかった。 【0010】本発明はプロセスの工程数を増加しないで
大容量の電源用コンデンサを組み込んだ構造を提供し,
電源電圧の安定供給を目的とする。 【0011】 【課題を解決するための手段】上記課題の解決は,1)
半導体基板内に形成される素子の活性領域間を分離溝に
より分離する半導体装置であって,該基板に該分離溝と
は別に形成された溝内に誘電体膜を介して導電体が埋め
込まれた構造のコンデンサを有し,該基板内に形成され
かつ該誘電体膜と接触する導電層より電源電圧を供給す
ることを特徴とする半導体装置,あるいは2)前記半導
体基板がSi基板であり,前記誘電体膜がSi3N4 
膜である前記1)記載の半導体装置により達成される。 【0012】 【作用】通常の分離用U溝内にはSiO2バッフア膜と
Si3N4 膜の複合膜を使用しているが,本発明はU
溝内に薄く成膜できかつ誘電率の大きなSi3N4 膜
のみを誘電体とする電源用コンデンサを縦方向に形成す
ることにより, コンデンサの占有面積を低減し,しか
も大容量が得られるようにして, 電源電圧の安定供給
をはかったものである。 【0013】つぎの計算結果より分かるように従来例の
Al/SiO2(膜厚 0.5μm)/Al構造のコン
デンサより単位面積当たり約29倍の容量が得られる。 単位面積当たりのコンデンサの容量cは次式で表される
。 【0014】               c=ε0 ・εr / 
d   ここで,    ε0 :真空誘電率    
          εr :コンデンサの誘電体の誘
電率               d  :誘電体の
厚さ  本発明:    c= 0.0088514(
fF/μm) × 7.0/0.03(μm)    
             = 2.0×10−3 p
F/μm2   従来例:    c= 0.0088
514(fF/μm) × 3.9/0.5(μm) 
                = 6.9×10−
5 pF/μm2 【0015】 【実施例】図1は本発明の一実施例による電源線に接続
したコンデンサを形成した半導体装置の断面図である。 【0016】図において,1は半導体基板でp−Si基
板, 2は n+型埋込層,3は埋込層上に成長された
n−Siエピ層,4は分離絶縁膜で熱酸化によるSiO
2膜,5は素子分離用U溝内の表面に形成された酸化膜
でSiO2膜,6はU溝内酸化膜の上に成長されたSi
3N4 膜,7はU溝内に充填された導電体でポリシリ
コン,8はトランジスタのベース,9は同エミッタ,1
0はベース引出し用p型ポリシリコン膜, 11は層間
絶縁膜, 12はコンタクト用n型ポリシリコン, 1
3は1層目Al配線膜である。 【0017】以下に実施例のプロセス順序を説明する。 1.トランジスタ部の形成従来例と同じである。 【0018】2.コンデンサ形成 (1) トランジスタ部の形成の際の(3)の工程にお
いて, U溝をエッチングで形成し,溝内を酸化してS
iO2膜5を形成し,コンデンサ形成用U溝内のSiO
2膜5を除去し,その後,Si3N4膜6を成長し, 
ポリシリコン7を埋め込む。 (2) 1層目Al配線膜13を層間絶縁膜のSiO2
膜11上に被着する。 【0019】図1においては,分離溝はコンデンサの片
側にしか描かれていないが,コンデンサを分離溝で囲み
, n+型埋込層2より一方の電源(例えば,VCC)
 に接続し, 埋込ポリシリコン7を他方の電源(VE
E) または回路上の節点に接続する。 【0020】このようにすれば,コンデンサはSi3N
4 膜6に接する n+型埋込層2およびn−Siエピ
層3を電源側の電極とし,埋込ポリシリコン7を他方の
電極とするコンデンサが構成される。 【0021】したがって,電源側の電極の面積は n+
型埋込層2およびn−Siエピ層3の膜厚の和と分離溝
の周囲長となる。なお,電源接続のための n+型埋込
層2より基板表面への引出しはコレクタコンタクトの形
成と同様にn−Siエピ層3に高濃度にドープした領域
を形成し,この領域を経由して行う。 【0022】つぎに, 使用したプロセス条件の一例を
示す。U溝形成のためのSiO2のエッチングは,反応
ガスとしてCF4/CHF3を用い,これを0.1 T
orrに減圧した雰囲気中でrf電力を500 W 印
加して行う。 【0023】Siのエッチングは,反応ガスとしてBC
l3+Cl2 を用い,これを0.1 Torrに減圧
した雰囲気中でrf電力を500 W 印加して行う。 Si3N4 の気相成長(CVD) は,反応ガスとし
てSiH4+NH3 を用い,これを0.1 Torr
に減圧した雰囲気中で基板温度を 800℃にして行う
。 【0024】ポリシリコンのCVD は,反応ガスとし
てSiH4を用い,これを0.2 Torrに減圧した
雰囲気中で基板温度を 620℃にして行う。つぎに,
実施例の効果を示すデータとしてその容量を従来例と比
較する。 【0025】前記のように単位面積当たりのコンデンサ
の容量cは次式で表される。 本発明で,コンデンサの電源側電極となる埋込層とエピ
層の厚さを 3μmとすれば,単位長さ当たりの容量c
1 は     いま, コンデンサの占有面積が10μm× 8μ
mで実施例と従来例の容量を比較すると,従来例では,
 この面積一杯に形成したAl/SiO2/Al構造の
容量とし,実施例ではこの面積内に10μm×1 μm
のU溝(溝の周囲長は22μm)を3本平行に2.5 
μmの間隔を開けて配置する。 【0026】   従来例:    C=(6.9×10−5 pF/
μm2)×80μm2 =5.52 fF   本発明
:    C=(6 fF/μm) ×22μm×3 
本=396 fF  本発明では従来例の約72倍の容
量が得られた。 【0027】なお,U溝内に容量を形成したトレンチキ
ャパシタはDRAMのメモリセル等に数多く利用され,
 また, バイポーラデバイスのスピードアップキャパ
シタ等に使用した例1)があるが,いずれも,片側の電
極が電源線に接続された電源電圧安定用のコンデンサと
しての開示はない。 【0028】1) 特開昭60−211969,  特
開昭62−35662号公報 【0029】 【発明の効果】本発明によれば,プロセスの工程数を増
加しないで大容量の電源用コンデンサを組み込んだ構造
が得られ,電源電圧の安定供給が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の一実施例による電源線に接続した
コンデンサを形成した半導体装置の断面図
【図2】  
従来例による電源線に接続したコンデンサを形成した半
導体装置の断面図
【符号の説明】
1  半導体基板でp−Si基板 2   n+型埋込層 3  n−Siエピ層 4  分離絶縁膜でSiO2膜 5  U溝内の表面に形成された酸化膜でSiO2膜6
  U溝内酸化膜の上に成長されたSi3N4 膜7 
 U溝内に充填された導電体でポリシリコン8  ベー
ス 9  エミッタ 10  ベース引出し用p型ポリシリコン膜11  層
間絶縁膜 12  コンタクト用n型ポリシリコン13  1層目
Al配線膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板内に形成される素子の活性
    領域間を分離溝により分離する半導体装置であって,該
    基板に該分離溝とは別に形成された溝内に誘電体膜を介
    して導電体が埋め込まれた構造のコンデンサを有し,該
    基板内に形成されかつ該誘電体膜と接触する導電層より
    電源電圧を供給することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】  前記半導体基板がシリコン(Si)基
    板であり,前記誘電体膜が窒化シリコン(Si3N4)
     膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置
JP545991A 1991-01-22 1991-01-22 半導体装置 Withdrawn JPH04237157A (ja)

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