JPH10275812A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH10275812A
JPH10275812A JP9094894A JP9489497A JPH10275812A JP H10275812 A JPH10275812 A JP H10275812A JP 9094894 A JP9094894 A JP 9094894A JP 9489497 A JP9489497 A JP 9489497A JP H10275812 A JPH10275812 A JP H10275812A
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JP
Japan
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region
polycrystalline silicon
layer
gettering
crystal silicon
Prior art date
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Application number
JP9094894A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirobumi Funabashi
博文 船橋
Masahito Kigami
雅人 樹神
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a semiconductor device in switching speed by a method, wherein a first single crystal silicon layer is formed on a semiconductor substrate, and polycrystalline silicon layers which are sporadically laid into a prescribed pattern and a second single crystal silicon layer where the polycrystalline silicon layers are embedded are formed on the first single crystal silicon layer. SOLUTION: A first-single crystal silicon layer 2 is formed on a semiconductor substrate 3, and a second single-crystal silicon layer of multilayered structure where polycrystalline silicon regions 1 sporadically arranged in a prescribed pattern in a plan view from above the semiconductor substrate 3 are embedded is formed on the first single crystal silicon layer 2. That is, the polycrystalline silicon region 1 is formed 9 μm in length a and 1 μm in width b, a space c between the first and second polycrystalline regions 1 and another space c between the second and third polycrystalline regions 1 are set at 0.1 to 10 μm or so. By this setup, a semiconductor device of this constitution can be enhanced in switching speed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関す
るものであり、特に、サイリスタ,IGBT(Insu
lated Gate Bipolar Transi
stor),CMOSFET等のLSIに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a thyristor, an IGBT (Insu).
lated Gate Bipolar Transi
Stor), CMOSFET and the like.

【0002】[0002]

【背景技術】半導体装置には、パワーデバイスとして使
用されるサイリスタ,IGBTがある。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices include thyristors and IGBTs used as power devices.

【0003】このようなサイリスタ,IGBTは、スイ
ッチング電源,モータ制御,超音波応用機器等において
広く使用されている。しかしながら、電子機器の多様化
により、サイリスタ,IGBTにおけるスイッチングス
ピードのさらなる向上が期待されている。
[0003] Such thyristors and IGBTs are widely used in switching power supplies, motor control, ultrasonic application equipment and the like. However, diversification of electronic devices is expected to further improve the switching speed of thyristors and IGBTs.

【0004】サイリスタ,IGBTにおけるスイッチン
グスピード向上対策としては、半導体基板内部に存在す
るキャリアの一部または全部に対して、前記キャリアの
ライフタイムを短くするために、以下に示される〜
に挙げる3つの方法を適用することができる。
[0004] As a measure for improving the switching speed of the thyristor and the IGBT, the following is shown in order to shorten the lifetime of a part or all of the carriers existing inside the semiconductor substrate.
The following three methods can be applied.

【0005】金,白金などの重金属を半導体装置に拡
散する方法金,白金などの重金属は、半導体基板におい
て、キャリアの再結合中心となるため、キャリアのライ
フタイムを短くすることができる。
A method of diffusing a heavy metal such as gold or platinum into a semiconductor device A heavy metal such as gold or platinum serves as a carrier recombination center in a semiconductor substrate, so that the carrier lifetime can be shortened.

【0006】放射線を半導体装置に照射する方法放射
線を半導体装置に照射することにより、半導体基板は損
傷を受けるため、前記半導体基板内に再結合中心が発生
し、キャリアのライフタイムを短くすることができる。
A method of irradiating a semiconductor device with radiation Since a semiconductor substrate is damaged by irradiating the semiconductor device with radiation, recombination centers are generated in the semiconductor substrate, and the lifetime of carriers can be shortened. it can.

【0007】電子線や水素、ヘリウムなどの軽質量の
物質を半導体基板に注入する方法電子線や水素、ヘリウ
ムなどの軽質量の物質の注入により、半導体基板は損傷
を受けるため、再結合中心が発生し、キャリアのライフ
タイムを短くすることができる。
A method of injecting a light mass substance such as an electron beam, hydrogen, or helium into a semiconductor substrate The semiconductor substrate is damaged by the injection of a light mass substance such as an electron beam, hydrogen, or helium. Occurs and shortens the lifetime of the carrier.

【0008】しかし、以上の従来方法においては、次に
挙げるような問題点がある。
[0008] However, the above conventional methods have the following problems.

【0009】の方法においては、金,白金などの重金
属は、半導体基板において、部分的に拡散することがで
きず、前記半導体基板全体に拡散してしまう。しかも、
前記重金属の拡散速度が速いため、拡散の抑制が比較的
困難である。また、金,白金等の重金属は、前記半導体
基板上、すなわち、基板表面部に形成されたデバイスに
おいて、pn接合等に損傷を与えるため、ゲート特性あ
るいは接合特性に悪影響を与える。
In the method described above, heavy metals such as gold and platinum cannot be partially diffused in the semiconductor substrate but diffuse throughout the semiconductor substrate. Moreover,
Since the diffusion speed of the heavy metal is high, it is relatively difficult to suppress the diffusion. In addition, heavy metals such as gold and platinum damage pn junctions and the like in devices formed on the semiconductor substrate, that is, devices formed on the surface of the substrate, and thus have a bad influence on gate characteristics or junction characteristics.

【0010】したがって、半導体基板への金,白金など
の重金属の拡散を行うことにより、前記重金属がキャリ
アの再結合中心となって、前記キャリアのライフタイム
を短くするという目的は達成できるものの、サイリス
タ,IGBTにおけるリーク電流増加や、オン電圧上昇
等のデバイス特性の悪化が避けられない。
Therefore, by diffusing a heavy metal such as gold or platinum into the semiconductor substrate, the purpose of shortening the lifetime of the carrier can be achieved, although the heavy metal becomes the recombination center of the carrier. , IGBTs, the deterioration of device characteristics such as an increase in leakage current and an increase in ON voltage is inevitable.

【0011】また、の方法も、前述したの方法と同
様に半導体ウエハ全体に損傷を与えてしまう。ただし、
の方法においては、放射線照射後に、たとえば、不活
性ガス中で300℃〜400℃の温度にてアニール処理
を行うことにより、ゲート特性,接合特性の改善を行う
ことができるため、オン電圧等の回復を行うことがで
き、デバイス特性の悪化を回避することができる。
In addition, this method also damages the entire semiconductor wafer similarly to the above-mentioned method. However,
In the method (2), the gate characteristics and the junction characteristics can be improved by performing annealing at a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. in, for example, an inert gas after the irradiation of radiation, so that the on-voltage and the like can be improved. Recovery can be performed and deterioration of device characteristics can be avoided.

【0012】しかし、このアニール処理により、半導体
基板内部の再結合中心も同時に消滅していくため、デバ
イス特性の回復とキャリアのライフタイムの短縮とはト
レードオフ関係があり、完全にオン電圧を回復させるこ
とはできないという問題点がある。
However, the recombination center inside the semiconductor substrate disappears at the same time by this annealing treatment. Therefore, there is a trade-off relationship between the recovery of the device characteristics and the shortening of the carrier lifetime, and the ON voltage is completely recovered. There is a problem that it cannot be done.

【0013】の方法においては、前述した,の各
方法と比較して、制御性が良いため、半導体基板内の断
面方向、すなわち、深さ方向に対して部分的に損傷を与
えることができるが、同時に、半導体基板内部の広い範
囲に損傷を与えてしまう。よって、半導体基板表面に形
成された半導体素子領域にも損傷を与えてしまうため、
サイリスタ,IGBTのオン電圧は劣化する。
According to the method (1), the controllability is better than those of the methods (1) and (2), so that damage can be partially caused in a cross-sectional direction in the semiconductor substrate, that is, in a depth direction. At the same time, a large area inside the semiconductor substrate is damaged. Therefore, the semiconductor element region formed on the surface of the semiconductor substrate is also damaged.
The ON voltage of the thyristor and the IGBT deteriorates.

【0014】また、この場合も、の方法と同様に、ア
ニール処理によりゲート特性,接合特性の改善を行って
前記オン電圧の回復を行うのが一般的であるが、前述し
たように、半導体基板内部の再結合中心も消滅してしま
うため、完全に前記オン電圧を回復させることはできな
いという問題点がある。
In this case, as in the above method, the gate voltage and the junction characteristic are generally improved by annealing to recover the on-state voltage. Since the internal recombination center also disappears, there is a problem that the on-state voltage cannot be completely recovered.

【0015】一方、CMOSFETにおいては、半導体
装置の作製プロセスにおける金属汚染対策としてゲッタ
リング技術が広く利用されている。
On the other hand, in CMOSFET, gettering technology is widely used as a countermeasure against metal contamination in a process of manufacturing a semiconductor device.

【0016】この方法は、半導体基板上において素子を
形成しない領域、すなわち、非アクティブ領域に、金属
汚染物を集める技術であり、たとえば、半導体基板の深
さ方向における中央部や基板裏面部に金属汚染物を集め
る技術である。代表的なゲッタリング方法としては、以
下に挙げる,に示される2つの方法がある。
This method is a technique for collecting metal contaminants in a region where an element is not formed on a semiconductor substrate, that is, in an inactive region. This is a technology to collect contaminants. As typical gettering methods, there are two methods described below.

【0017】半導体基板内部において、半導体作製プ
ロセスにおけるアニール工程にて、自動的に結晶欠陥層
を形成し、前記形成された結晶欠陥層をゲッタリング層
として使用するイントリシックゲッタリング技術。
Intrinsic gettering technology in which a crystal defect layer is automatically formed in an annealing step in a semiconductor manufacturing process inside a semiconductor substrate, and the formed crystal defect layer is used as a gettering layer.

【0018】半導体基板裏面をサンドブラスト法で荒
らして結晶欠陥を発生させる、または、半導体基板裏面
に多結晶シリコン層を形成し、形成された前記多結晶シ
リコン層を金属汚染吸収層として利用するイクストリシ
ックゲッタリング技術。
A crystal defect is generated by roughening the back surface of the semiconductor substrate by a sand blast method, or an crystal in which a polycrystalline silicon layer is formed on the back surface of the semiconductor substrate and the formed polycrystalline silicon layer is used as a metal contamination absorbing layer. Thick gettering technology.

【0019】の技術においては、半導体基板中に混入
された酸素が、アニール工程においてゲッタリング中心
となることによって、結晶欠陥層が形成されるものであ
る。しかし、この場合、デバイス特性を劣化させないた
めに、半導体基板表面付近においては結晶欠陥を発生さ
せないようにして、半導体基板内部においてのみ結晶欠
陥層を形成することが必要である。
In the technique described above, a crystal defect layer is formed when oxygen mixed into a semiconductor substrate becomes a gettering center in an annealing step. However, in this case, in order to prevent the device characteristics from deteriorating, it is necessary to form a crystal defect layer only inside the semiconductor substrate without generating crystal defects near the surface of the semiconductor substrate.

【0020】しかしながら、前記結晶欠陥の発生につい
ては、半導体作製プロセス依存性が高いため、各種の半
導体装置ごとにアニール工程におけるアニール温度等の
最適化が必要であった。たとえば、CMOSFETの作
製プロセスにおいては、ウエル拡散工程やフィールド酸
化膜形成工程におけるアニール工程におけるアニール温
度等のアニール条件の最適化が必要であった。
However, since the occurrence of the crystal defects is highly dependent on the semiconductor fabrication process, it is necessary to optimize the annealing temperature and the like in the annealing step for each type of semiconductor device. For example, in a manufacturing process of a CMOSFET, it is necessary to optimize annealing conditions such as an annealing temperature in a well diffusion step and an annealing step in a field oxide film forming step.

【0021】たとえば、ウエル拡散工程は一般に110
0℃以上の高温中で行われ、この工程では、半導体基板
表面付近である前記半導体基板中に存在する酸素が外部
に抜ける。そして、この後、900℃以上の温度にて、
厚いシリコン酸化膜を成長させることにより、前記半導
体基板内部で酸素析出に起因する結晶欠陥層を形成する
ことができる。
For example, the well diffusion step is typically 110
This step is performed at a high temperature of 0 ° C. or more, and in this step, oxygen existing in the semiconductor substrate near the surface of the semiconductor substrate escapes to the outside. Then, after this, at a temperature of 900 ° C. or more,
By growing a thick silicon oxide film, a crystal defect layer caused by oxygen precipitation can be formed inside the semiconductor substrate.

【0022】しかし、前記1100℃以上の高温中のア
ニールにおいて、酸素の外方拡散が不充分な場合は、半
導体素子形成領域である、半導体基板表面にまで結晶欠
陥形成が及んでしまい、デバイス特性を著しく悪化させ
てしまう。
However, if the outward diffusion of oxygen is insufficient during the annealing at a high temperature of 1100 ° C. or higher, crystal defects are formed even on the semiconductor substrate surface, which is the semiconductor element formation region, and the device characteristics are reduced. Is significantly worsened.

【0023】逆に、前記アニール工程において、半導体
基板中の酸素が外部に抜けすぎると、前記半導体基板中
に結晶欠陥層を形成することができず、ゲッタリング効
果を期待することはできない。
Conversely, if oxygen in the semiconductor substrate escapes too much in the annealing step, a crystal defect layer cannot be formed in the semiconductor substrate, and a gettering effect cannot be expected.

【0024】また、フィールド酸化膜形成工程において
も、ウエル拡散工程と同様に、適切なアニール温度を選
択しないと、半導体基板中の酸素量との依存性との関係
で結晶欠陥が発生しなかったり、半導体基板表面にまで
結晶欠陥形成が及んでしまうことになる。
Also, in the field oxide film forming step, as in the well diffusion step, unless an appropriate annealing temperature is selected, no crystal defects occur due to the dependence on the amount of oxygen in the semiconductor substrate. As a result, the formation of crystal defects extends to the surface of the semiconductor substrate.

【0025】そして、電流を半導体基板表面から裏面方
向へ流す方式の半導体装置においては、半導体基板内部
において抵抗が上がってしまう。この半導体基板内部に
おける抵抗の上昇は、同一基板すなわちウエハ上に形成
された全ての半導体チップ上の全ての半導体素子に対し
て悪影響を及ぼすこととなる。このようにして、サイリ
スタ,IGBTのオン電圧の上昇等、デバイス特性の劣
化が発生するため、前記の方法を使用することは困難
であった。
In a semiconductor device of a type in which a current flows from the front surface of the semiconductor substrate to the back surface, the resistance increases inside the semiconductor substrate. This increase in resistance inside the semiconductor substrate has an adverse effect on all the semiconductor elements on all the semiconductor chips formed on the same substrate, that is, on the wafer. In this manner, device characteristics such as an increase in the ON voltage of the thyristor and the IGBT are deteriorated, so that it is difficult to use the above method.

【0026】すなわち、の方法は、電流を基板の断面
方向に流すタイプのサイリスタ,IGBTには使用する
ことができず、また、製造プロセスの依存性が高いた
め、適用する半導体装置ごとに最適化が必要となるもの
であった。
That is, the method cannot be used for a thyristor or an IGBT of a type in which a current flows in the cross-sectional direction of a substrate, and is highly dependent on a manufacturing process. Was necessary.

【0027】の技術は、前記ゲッタリング層をプロセ
スに依存させずに、確実に形成することができるという
特徴を有するが、その反面、半導体基板の裏面にゲッタ
リング層が形成されているため、デバイスが形成される
アクティブ領域、すなわち、半導体基板表面から前記ゲ
ッタリング層までの距離が遠くなる。
The technique has a feature that the gettering layer can be surely formed without depending on the process. On the other hand, since the gettering layer is formed on the back surface of the semiconductor substrate, The distance from the active region where the device is formed, that is, the surface of the semiconductor substrate to the gettering layer is increased.

【0028】ここで、一般に、半導体装置作製プロセス
においては、温度が高いほど、半導体基板中の不純物お
よび金属類の拡散速度は速くなる。また、ゲッタリング
を行う結晶欠陥層すなわちゲッタリング層は、半導体基
板表面から数10μmの位置に形成されているため、半
導体基板表面とゲッタリング層と間の距離が遠くなる。
したがって、金属が充分に拡散される温度をアニールプ
ロセスとして適用しない限り、ゲッタリングの効果は期
待できない。
Here, in the semiconductor device manufacturing process, generally, the higher the temperature, the faster the diffusion rate of impurities and metals in the semiconductor substrate. Further, since the crystal defect layer for gettering, that is, the gettering layer, is formed at a position of several tens of μm from the surface of the semiconductor substrate, the distance between the surface of the semiconductor substrate and the gettering layer becomes long.
Therefore, the effect of gettering cannot be expected unless the temperature at which the metal is sufficiently diffused is applied as the annealing process.

【0029】しかしながら、素子の微細化に伴って半導
体装置作製プロセスにおける低温化が適用され、この低
温化技術の浸透に伴い、より半導体基板表面に近い領域
にゲッタリング層が必要となってきた。それとともに、
素子の微細化の進展により、特にゲート酸化膜形成以降
のプロセスにおける処理温度の低下が検討されている。
However, with the miniaturization of elements, lowering the temperature in the semiconductor device manufacturing process has been applied, and with the permeation of this lowering technology, a gettering layer has become necessary in a region closer to the surface of the semiconductor substrate. With it,
With the progress of miniaturization of devices, a reduction in processing temperature particularly in a process after formation of a gate oxide film is being studied.

【0030】たとえば、4μm程度のパターンルールの
半導体装置においては1000℃であるアニール温度
が、0.5μmルール以下になると、900℃以下とな
る。この100℃の前記アニール温度の低下により、前
述した金属の拡散距離は約1桁短くなってしまう。この
ため、たとえば、半導体装置作製プロセスの低温化が進
むことにより、のゲッタリング技術による効果が低減
する。
For example, in a semiconductor device having a pattern rule of about 4 μm, when the annealing temperature of 1000 ° C. becomes 0.5 μm or less, the temperature becomes 900 ° C. or less. Due to the lowering of the annealing temperature of 100 ° C., the above-mentioned metal diffusion distance is shortened by about one digit. For this reason, for example, as the temperature of the semiconductor device manufacturing process decreases, the effect of the gettering technique is reduced.

【0031】すなわち、の方法によれば、ゲッタリン
グ層とデバイス形成領域の距離が遠くなるため、金属の
拡散距離の問題上、近年のデバイスの微細化、プロセス
における低温化が進むことにより、のイクストリシッ
クゲッタリング技術による金属汚染防止効果が低減す
る。
In other words, according to the method (1), the distance between the gettering layer and the device formation region is long. The effect of preventing metal contamination by the extrinsic gettering technology is reduced.

【0032】以上述べたように、サイリスタ,IGBT
における金属汚染対策としての、イントリシックゲッタ
リング技術またはイクストリシックゲッタリング技術の
適用においても、種々の二次的な問題が発生してしまう
という問題点があった。
As described above, thyristor, IGBT
In the application of the intrinsic gettering technology or the extrinsic gettering technology as a countermeasure for metal contamination in the above, there is a problem that various secondary problems occur.

【0033】したがって、半導体装置、特に縦型パワー
デバイスにおけるスピード対策および金属汚染の防止の
両者を実現することは困難であった。
Therefore, it has been difficult to realize both a countermeasure against speed and prevention of metal contamination in a semiconductor device, particularly in a vertical power device.

【0034】[0034]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述したよ
うな問題点を鑑みてなされたものであって、半導体基板
内部にキャリア消滅領域を形成することによって、半導
体装置のスイッチングスピードを向上することを目的と
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and improves the switching speed of a semiconductor device by forming a carrier annihilation region inside a semiconductor substrate. The purpose is to be.

【0035】本発明の他の目的は、前記キャリア消滅領
域を、オン電圧の劣化を伴わない構造とすることにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a structure in which the carrier annihilation region is not accompanied by deterioration of the on-voltage.

【0036】本発明の他の目的は、半導体基板内におい
て、素子が形成される基板表面近傍に多結晶シリコン領
域によるゲッタリング層を形成することにより、プロセ
スに依存しない、安定したゲッタリング効果を得ること
にある。
Another object of the present invention is to form a gettering layer of a polycrystalline silicon region in the semiconductor substrate in the vicinity of a substrate surface on which elements are formed, thereby achieving a stable gettering effect independent of a process. To get.

【0037】本発明の他の目的は、従来のイントリシッ
クゲッタリング技術では不可能であった、電流を半導体
基板表面から裏面に流す方式の縦型パワーデバイスに対
しても、オン電圧の劣化なく応用できるゲッタリング方
法を提案することにある。
Another object of the present invention is to reduce the on-voltage of a vertical power device in which a current flows from the front surface to the back surface of a semiconductor substrate, which is impossible with the conventional intrinsic gettering technology. It is to propose a gettering method that can be applied without any problem.

【0038】[0038]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に形成された第1の単結晶シリコン層上
に、所定のパターンで部分的に存在する多結晶シリコン
層および前記多結晶シリコン層を埋め込んで形成された
第2の単結晶シリコン層を含むことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A polycrystalline silicon layer partially present in a predetermined pattern and a second monocrystalline silicon layer formed by embedding the polycrystalline silicon layer are formed on a first monocrystalline silicon layer formed on a semiconductor substrate. It is characterized by including.

【0039】したがって、本発明の半導体装置によれ
ば、前記複数の多結晶シリコン層をそれぞれキャリアの
再結合中心とすることができるので、半導体ウエハに損
傷を与えずに、かつデバイス特性を悪化させることなく
スイッチングスピードを向上することができる。さら
に、前記第2の単結晶シリコン層の形成プロセスとして
固相エピタキシャル成長法を適用しているために、前記
半導体基板において素子が形成される、前記第2の単結
晶シリコン層表面近傍にゲッタリング領域を形成するこ
とができるので、製造プロセスに依存しない、安定した
ゲッタリング効果を得ることができるとともに、製造プ
ロセスを低温化することができ、素子の微細化に対応す
ることができる。
Therefore, according to the semiconductor device of the present invention, since the plurality of polycrystalline silicon layers can be used as recombination centers of carriers, respectively, the semiconductor wafer is not damaged and device characteristics are deteriorated. The switching speed can be improved without any problem. Further, since the solid-phase epitaxial growth method is applied as a process for forming the second single-crystal silicon layer, a gettering region is formed near the surface of the second single-crystal silicon layer where an element is formed on the semiconductor substrate. Can be formed, a stable gettering effect independent of the manufacturing process can be obtained, the manufacturing process can be reduced in temperature, and it is possible to cope with miniaturization of elements.

【0040】また、この半導体装置は、前記多結晶シリ
コン層は、半導体チップにおいて、一定幅の直線状に
て、一定の間隔にて複数本形成されており、前記複数本
の直線状に形成された多結晶シリコン層と交差するよう
に、一定幅の直線上に、一定の間隔にて複数本形成され
ることにより、前記多結晶シリコン層が格子状または島
状のパターンにて形成されるものであることが望まし
い。
In this semiconductor device, a plurality of the polycrystalline silicon layers are formed in a semiconductor chip in a linear shape with a constant width and at a constant interval, and the polycrystalline silicon layers are formed in a linear shape with the plural lines. The polycrystalline silicon layer is formed in a lattice-like or island-like pattern by forming a plurality of the polycrystalline silicon layers at regular intervals on a straight line having a constant width so as to intersect with the polycrystalline silicon layer. It is desirable that

【0041】この半導体装置によれば、前記半導体装置
における前記多結晶シリコン層の占有面積を大きくする
ことができるため、前記効果を著しく向上することが可
能となる。
According to this semiconductor device, since the area occupied by the polycrystalline silicon layer in the semiconductor device can be increased, the effect can be significantly improved.

【0042】また、この半導体装置は、ゲート電極に印
加する電圧によってチャネル形成領域におけるチャネル
の形成/非形成を制御する絶縁ゲート型半導体装置に適
用することができる。
This semiconductor device can be applied to an insulated gate semiconductor device that controls formation / non-formation of a channel in a channel formation region by a voltage applied to a gate electrode.

【0043】この半導体装置によれば、電流を半導体基
板表面から裏面に流す方式の縦型パワーデバイスに適用
しても、オン電圧の劣化なく前記効果を奏することが可
能である。
According to this semiconductor device, even when the present invention is applied to a vertical power device in which a current flows from the front surface to the back surface of the semiconductor substrate, the above effect can be obtained without deterioration of the on-voltage.

【0044】さらに、この半導体装置において、前記ゲ
ート電極は、トレンチ構造を有するように構成しても良
い。
Further, in this semiconductor device, the gate electrode may have a trench structure.

【0045】この半導体装置によれば、さらに、素子を
微細化することが可能となるので、半導体装置を大幅に
小型化することが可能となる。
According to this semiconductor device, since the element can be further miniaturized, it is possible to greatly reduce the size of the semiconductor device.

【0046】また、この半導体装置において、本発明の
前記多結晶シリコン層は、略同一の体積にて形成される
とともに、前記半導体基板の深さ方向にて同一の深さ
で、複数形成されていることが望ましい。
Further, in this semiconductor device, the polycrystalline silicon layer of the present invention is formed in substantially the same volume, and is formed in plural at the same depth in the depth direction of the semiconductor substrate. Is desirable.

【0047】この半導体装置によれば、前記多結晶シリ
コン層をキャリア消滅領域として使用することで、半導
体チップ並びに半導体ウエハ全面にキャリア消滅効果が
及ぶようにすることができる。
According to this semiconductor device, by using the polycrystalline silicon layer as the carrier annihilation region, the carrier annihilation effect can be exerted on the entire surface of the semiconductor chip and the semiconductor wafer.

【0048】この半導体装置において、前記多結晶シリ
コン層は、所定の間隔をもって形成されていることが望
ましい。
In this semiconductor device, it is preferable that the polycrystalline silicon layers are formed at a predetermined interval.

【0049】この半導体装置によれば、前述した点に加
え、デバイスオン時のオン電圧上昇効果を、無視できる
程度に小さくすることができる。
According to this semiconductor device, in addition to the above-mentioned points, the effect of increasing the on-voltage when the device is turned on can be reduced to a negligible level.

【0050】この半導体装置において、前記多結晶シリ
コン層は、半導体基板の深さ方向において複数の層に分
割されて形成されていることが望ましい。
In this semiconductor device, it is preferable that the polycrystalline silicon layer is divided into a plurality of layers in a depth direction of the semiconductor substrate.

【0051】この半導体装置によれば、多結晶シリコン
層をより多く半導体チップ内に形成することができるの
で、前記多結晶シリコン層をキャリア消滅領域として使
用することで、半導体チップ並びに半導体ウエハ全面に
キャリア消滅効果が及ぶようにすることができる。
According to this semiconductor device, more polycrystalline silicon layers can be formed in the semiconductor chip. Therefore, by using the polycrystalline silicon layer as the carrier annihilation region, the semiconductor chip and the entire surface of the semiconductor wafer can be formed. A carrier extinction effect can be achieved.

【0052】この半導体装置は、サイリスタおよびIG
BT(Insulated Gate Bipolar
Transisutor)等の縦型の半導体装置に適
用することができ、前述した効果と同様の効果を奏する
ことができる。
This semiconductor device comprises a thyristor and an IG
BT (Insulated Gate Bipolar)
The present invention can be applied to a vertical semiconductor device such as a transistor, and the same effects as those described above can be obtained.

【0053】本発明の半導体装置は、CMOSFETに
適用できる。
The semiconductor device of the present invention can be applied to a CMOSFET.

【0054】この半導体装置によれば、固相エピタキシ
ャル成長法を製造プロセスとして適用することによっ
て、プロセスを増加させることなく、また、プロセスに
依存することなくゲッタリング層を形成することができ
るため、CMOSFETの歩留りを向上することがで
き、かつ低温プロセスを適用することができ、素子の微
細化に対応することができる。
According to this semiconductor device, by applying the solid phase epitaxial growth method as a manufacturing process, the gettering layer can be formed without increasing the process and without depending on the process. The yield can be improved, a low-temperature process can be applied, and the device can be miniaturized.

【0055】本発明の半導体装置は以下の製造方法によ
って得られる。
The semiconductor device of the present invention is obtained by the following manufacturing method.

【0056】この半導体装置の製造方法は、半導体基板
は、単結晶シリコンにより形成されていると共に、前記
半導体基板の表面に多結晶シリコン層が形成される第1
工程と、前記多結晶シリコン層の表面を覆うようにシリ
コン酸化膜が形成される第2工程と、前記シリコン酸化
膜と前記半導体基板との表面に多結晶シリコン層を形成
した後、熱処理を施すことにより、前記半導体基板の露
出面からなるシード領域を起点とする固相エピタキシャ
ル成長法により単結晶シリコン層が形成される第3工程
とを含む工程を含む。
In this method of manufacturing a semiconductor device, the semiconductor substrate is formed of single-crystal silicon, and a polycrystalline silicon layer is formed on the surface of the semiconductor substrate.
A second step of forming a silicon oxide film so as to cover the surface of the polycrystalline silicon layer, and forming a polycrystalline silicon layer on the surface of the silicon oxide film and the semiconductor substrate, and then performing a heat treatment. A third step of forming a single-crystal silicon layer by a solid phase epitaxial growth method starting from a seed region consisting of the exposed surface of the semiconductor substrate.

【0057】この製造方法によって得られる半導体装置
によれば、固相エピタキシャル成長法により、容易に、
前記半導体基板において素子が形成される、前記単結晶
シリコン層表面近傍にゲッタリング領域を形成すること
ができるので、製造プロセスに依存しない、安定したゲ
ッタリング効果を得ることができるとともに、製造プロ
セスを低温化することができ、素子の微細化に対応する
ことができる。
According to the semiconductor device obtained by this manufacturing method, the semiconductor device can be easily formed by the solid phase epitaxial growth method.
An element is formed on the semiconductor substrate, and a gettering region can be formed in the vicinity of the surface of the single crystal silicon layer. Therefore, a stable gettering effect independent of a manufacturing process can be obtained, and a manufacturing process can be performed. The temperature can be reduced, and the device can be miniaturized.

【0058】[0058]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施の形態1)本発明の半導体装置の要部を、図1
(a),(b)の多結晶シリコン領域の平面レイアウト
パターンを示す図,図2(a),(b)の多結晶シリコ
ン領域を含むデバイスの要部断面図に基づき説明する。
(Embodiment 1) FIG.
2 (a) and 2 (b) are drawings showing a planar layout pattern of a polycrystalline silicon region, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are cross-sectional views of main parts of a device including the polycrystalline silicon region.

【0059】図2(a),(b)には多結晶シリコン領
域1が形成されている部分のデバイスの要部断面図が模
式的に示されている。なお、図2においては、不純物拡
散層などの半導体素子領域については、記載が省略され
ている。
FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views of a main part of the device where the polycrystalline silicon region 1 is formed. In FIG. 2, the description of the semiconductor element region such as the impurity diffusion layer is omitted.

【0060】図2(a)においては、シリコン基板3上
に、多結晶シリコン領域1が一定の間隔をもって複数、
かつ同一の層にて形成されている。前記複数の多結晶シ
リコン領域1は、多結晶シリコン層の表面がシリコン酸
化膜に覆われることによって各々形成されている。そし
て、この多結晶シリコン領域1上に、単結晶シリコン領
域2が、固相エピタキシャル成長法(SPE;Soli
d Phase Epitaxy)により形成されてい
るが、本デバイスの作製プロセスおよび前記SPE法の
具体的な説明については後述する。
In FIG. 2A, a plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed on a silicon substrate 3 at a constant interval.
Further, they are formed of the same layer. The plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed by covering the surface of the polycrystalline silicon layer with a silicon oxide film. On this polycrystalline silicon region 1, a single crystal silicon region 2 is formed by solid phase epitaxial growth (SPE; Soli).
d Phase Epitaxy). The process for fabricating the device and the specific description of the SPE method will be described later.

【0061】図2(b)には、図2(a)に示される、
多結晶シリコン領域1が、深さ方向に複数、たとえば3
層にて形成されたデバイスの要部断面図が示されてい
る。そして、複数の多結晶シリコン領域1は各々単結晶
シリコン領域2に覆われて形成されている。
FIG. 2B shows the state shown in FIG.
A plurality of, for example, 3
A cross-sectional view of a main part of a device formed by layers is shown. Each of the plurality of polycrystalline silicon regions 1 is formed so as to be covered by the single crystal silicon region 2.

【0062】図2(b)の半導体装置は、図2(a)の
半導体装置と比較すると、多結晶シリコン領域1の形成
プロセスと単結晶シリコン領域2の形成プロセスを各々
3回ずつ行わなければならない。したがって、半導体装
置としての作製プロセスは複雑化するものの、多結晶シ
リコン領域の数は平面的に見た同一領域で数倍に増加す
るため、金属汚染の防止並びにスイッチングスピードの
向上という効果が非常に大きくなる。
The semiconductor device of FIG. 2B is different from the semiconductor device of FIG. 2A in that the process of forming the polycrystalline silicon region 1 and the process of forming the single crystal silicon region 2 must be performed three times each. No. Therefore, although the fabrication process as a semiconductor device is complicated, the number of polycrystalline silicon regions is increased several times in the same region when viewed two-dimensionally, so that the effect of preventing metal contamination and improving the switching speed is very large. growing.

【0063】図1(a),(b)の多結晶シリコン領域
の平面レイアウトパターン図は、図2(a)におけるA
−A線に沿った平面におけるパターンを示し、それぞれ
半導体基板3(図2参照)上に複数形成された多結晶シ
リコン領域1と単結晶シリコン領域2の平面レイアウト
パターンについて示している。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) are plan layout patterns of the polycrystalline silicon region shown in FIG. 2 (a).
2 shows a pattern on a plane along the line A, and shows a plane layout pattern of a plurality of polycrystalline silicon regions 1 and a plurality of single crystal silicon regions 2 formed on the semiconductor substrate 3 (see FIG. 2).

【0064】図1(a)に示される半導体デバイスにお
いては、多結晶シリコン領域1は略同一の体積にて形成
され、かつ複数の前記多結晶シリコン領域1が、それぞ
れ縦横に規則正しく一定の間隔をもって配列されること
により形成されている。ここで、本明細書においては、
前記多結晶シリコン領域1は、後に示すように、シリコ
ン酸化膜に表面が覆われた多結晶シリコン層からなる領
域全体をさす。
In the semiconductor device shown in FIG. 1A, the polycrystalline silicon regions 1 are formed with substantially the same volume, and a plurality of the polycrystalline silicon regions 1 are arranged at regular intervals vertically and horizontally. It is formed by being arranged. Here, in this specification,
The polycrystalline silicon region 1 refers to the entire region composed of a polycrystalline silicon layer whose surface is covered with a silicon oxide film, as described later.

【0065】また、図1(b)に示される半導体デバイ
スにおいては、図1(a)の多結晶シリコン領域1が複
数分割されてレイアウトされているのに対し、図1
(b)の多結晶シリコン領域は連続されてレイアウトさ
れている。つまり、前記多結晶シリコン領域1が、半導
体基板3上に格子状に形成され、前記格子状に形成され
た多結晶シリコン領域1の内部、すなわち前記多結晶シ
リコン領域1が形成されていない部分に前記単結晶シリ
コン領域2が形成されている。
In the semiconductor device shown in FIG. 1B, the polycrystalline silicon region 1 shown in FIG.
The polycrystalline silicon region of (b) is laid out continuously. That is, the polycrystalline silicon region 1 is formed in a lattice on the semiconductor substrate 3, and inside the polycrystalline silicon region 1 formed in the lattice, that is, in a portion where the polycrystalline silicon region 1 is not formed. The single crystal silicon region 2 is formed.

【0066】図1(a),(b)に示されているよう
な、多結晶シリコン領域・単結晶シリコン領域の平面レ
イアウトパターンは、半導体基板3上に形成されたすべ
ての半導体チップに対しても同一のパターンとなる。つ
まり、半導体基板全面に、多数の多結晶シリコン領域
が、半導体素子領域の下部に埋め込まれて形成されてい
るものである。そして、図1(a),(b)に示されて
いるように、半導体基板を上面から平面的に見て、前記
多結晶シリコン領域1が部分的に所定のパターンをもっ
て埋め込まれて形成されている。
The planar layout pattern of the polycrystalline silicon region / single crystal silicon region as shown in FIGS. 1A and 1B is applied to all the semiconductor chips formed on the semiconductor substrate 3. Also has the same pattern. That is, a large number of polycrystalline silicon regions are formed on the entire surface of the semiconductor substrate so as to be buried under the semiconductor element region. Then, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), when the semiconductor substrate is viewed in a plan view from above, the polycrystalline silicon region 1 is formed by being partially buried with a predetermined pattern. I have.

【0067】次に、本実施の形態の半導体装置(図2
(a))の多結晶シリコン領域および単結晶シリコン領
域の形成プロセスについて、図3に基づき説明する。
Next, the semiconductor device of the present embodiment (FIG. 2)
The process of (a) for forming the polycrystalline silicon region and the single crystal silicon region will be described with reference to FIG.

【0068】図3(a)〜(e)に、本実施の形態の半
導体装置における多結晶シリコン領域と単結晶シリコン
領域の形成プロセスについて示す。
FIGS. 3A to 3E show a process of forming a polycrystalline silicon region and a single crystal silicon region in the semiconductor device of the present embodiment.

【0069】シリコン基板3上に多結晶シリコン層40
を、たとえば、減圧CVD法により、約630℃,モノ
シランガスSi4にて、0.05〜1.0μm程度の厚
みで形成する。この多結晶シリコン層40の厚みは、プ
ロセス制御により所望の厚みに制御することができる。
(図3(a))次に、前記多結晶シリコン層40を、フ
ォトリソグラフィーとRIEなどのエッチングにより所
定のパターンに加工し、複数の多結晶シリコン層4を形
成する。(図3(b))その後、半導体ウエハを拡散炉
等の酸化処理装置内に配置し、前記半導体ウエハ表面を
約600℃の雰囲気中で酸化することにより、前記各多
結晶シリコン層4の表面かつ半導体基板3全面にシリコ
ン酸化膜50を形成する。(図3(c))そして、再
度、フォトリソグラフィーとRIEなどのエッチングに
より前記シリコン酸化膜50のパターニングを行い、前
記各多結晶シリコン層40の表面を覆うようなパターン
でシリコン酸化膜5を形成することにより、多結晶シリ
コン領域1が形成される。この半導体装置の作製プロセ
スにおいて、前記多結晶シリコン領域1の厚みは、たと
えば、約0.05〜1.0μm程度にすることができる
(図3(d))。
A polycrystalline silicon layer 40 is formed on the silicon substrate 3.
The, for example, by low pressure CVD, about 630 ° C., at monosilane S i H 4, is formed to a thickness of about 0.05 to 1.0 [mu] m. The thickness of this polycrystalline silicon layer 40 can be controlled to a desired thickness by process control.
(FIG. 3A) Next, the polycrystalline silicon layer 40 is processed into a predetermined pattern by photolithography and etching such as RIE to form a plurality of polycrystalline silicon layers 4. (FIG. 3 (b)) Thereafter, the semiconductor wafer is placed in an oxidation treatment apparatus such as a diffusion furnace, and the surface of the semiconductor wafer is oxidized in an atmosphere of about 600 ° C. so that the surface of each polycrystalline silicon layer 4 is In addition, a silicon oxide film 50 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 3. (FIG. 3C) Then, the silicon oxide film 50 is patterned again by etching such as photolithography and RIE, and the silicon oxide film 5 is formed in a pattern covering the surface of each polycrystalline silicon layer 40. Thereby, polycrystalline silicon region 1 is formed. In the manufacturing process of the semiconductor device, the thickness of the polycrystalline silicon region 1 can be set to, for example, about 0.05 to 1.0 μm (FIG. 3D).

【0070】次に、半導体基板3上に形成された自然酸
化膜をたとえば希フッ化水素溶液に浸すことによって除
去する。次いで、半導体基板3の全面に、たとえば減圧
CVD法によって多結晶シリコン層を形成した後、約6
00℃程度の所定時間のアニールにより、半導体基板3
の露出部からなるシード部(種結晶部)を起点とするS
PEを生じせしめ、前記多結晶シリコン層を単結晶化
し、単結晶シリコン層2を形成する。このことにより、
前記各多結晶シリコン領域1は、SPE法により形成さ
れた単結晶シリコン領域2により埋め込まれる(図3
(e))。
Next, the natural oxide film formed on the semiconductor substrate 3 is removed, for example, by immersing it in a dilute hydrogen fluoride solution. Next, after a polycrystalline silicon layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 3 by, for example, a low pressure CVD method, about 6
The semiconductor substrate 3 is annealed at a predetermined time of about 00 ° C.
Starting from a seed part (seed crystal part) consisting of an exposed part of
PE is generated, and the polycrystalline silicon layer is monocrystallized to form a monocrystalline silicon layer 2. This allows
Each of the polycrystalline silicon regions 1 is filled with a single crystal silicon region 2 formed by the SPE method (FIG. 3).
(E)).

【0071】なお、前記SPE法に関しては、本願出願
人が先に提案している方法(特願平6−193604号
に開示されている技術)を利用することができる。
For the SPE method, a method previously proposed by the present applicant (the technique disclosed in Japanese Patent Application No. 6-193604) can be used.

【0072】このようにして、図3(a)〜(e)に示
されるプロセスにより、前記多結晶シリコン領域1を、
埋め込むようにして、半導体基板3全面に単結晶シリコ
ン領域2が形成される。
In this manner, the polycrystalline silicon region 1 is formed by the processes shown in FIGS.
A single crystal silicon region 2 is formed on the entire surface of semiconductor substrate 3 so as to be buried.

【0073】また、前記単結晶シリコンエピタキシャル
層2の形成(図3(e)の工程)については、前述した
方法以外の方法を適用することもできる。すなわち、多
結晶シリコン層1の埋め込みにはSPE法を使用し、そ
の後の単結晶シリコン領域形成プロセスにおいては、成
膜速度の速い常圧のCVD法によるエピタキシャル成長
法を用いることもできる。
For forming the single-crystal silicon epitaxial layer 2 (step of FIG. 3E), a method other than the method described above can be applied. That is, the SPE method can be used for embedding the polycrystalline silicon layer 1, and in the subsequent single crystal silicon region forming process, an epitaxial growth method using a normal pressure CVD method with a high film forming rate can be used.

【0074】このように、SPE法を利用した半導体装
置の作製プロセスによって本発明の半導体装置を作製す
ることができる。この半導体装置では、オン抵抗の劣化
を伴わないスイッチングスピード改善を行うことができ
る。
As described above, the semiconductor device of the present invention can be manufactured by the semiconductor device manufacturing process utilizing the SPE method. In this semiconductor device, switching speed can be improved without deterioration of on-resistance.

【0075】すなわち、本発明の半導体装置において
は、前記多結晶シリコン領域1では、キャリアのライフ
タイムが極端に短く、それ自体がキャリア消滅領域とし
て作用する。したがって、これをパワーデバイス、たと
えばサイリスタ,IGBT(Insulated Ga
te Bipolar Transistor)等に応
用すれば、スイッチングスピードを改善することができ
る。
That is, in the semiconductor device of the present invention, in the polycrystalline silicon region 1, the carrier lifetime is extremely short, and itself functions as a carrier annihilation region. Therefore, it is used as a power device, for example, a thyristor, an IGBT (Insulated Ga
When applied to te Bipolar Transistor, etc., the switching speed can be improved.

【0076】このキャリア消滅領域の効果は、前記単結
晶シリコン領域の不純物濃度に依存するが、たとえば、
前記単結晶シリコン領域の不純物濃度を、1×1013
1×1016cm-3程度にすることにより一層の効果を奏
することができる。
The effect of the carrier annihilation region depends on the impurity concentration of the single crystal silicon region.
The impurity concentration of the single crystal silicon region is 1 × 10 13 to
A further effect can be obtained by setting it to about 1 × 10 16 cm −3 .

【0077】そして、前記多結晶シリコン領域1の周囲
10μm程度の範囲で、キャリアのライフタイムを消滅
させることができるので、同一の層に形成された、前記
多結晶シリコン領域1同志の間隔を1〜10μmとして
形成することで、前記効果を奏することができる。
Since the carrier lifetime can be eliminated within a range of about 10 μm around the polycrystalline silicon region 1, the distance between the polycrystalline silicon regions 1 formed in the same layer is reduced by one. The above-described effect can be obtained by forming the thickness as 10 μm to 10 μm.

【0078】すなわち、例えば、図1(a)の多結晶シ
リコン領域の平面レイアウトパターンにおいては、図1
(a)に示される幅aを9μm,幅bを1μmに設定し
て多結晶シリコン領域1をレイアウトする。すなわち、
多結晶シリコン領域1同志の間隔が9μmである、長方
形状の多結晶シリコン領域1を1μm角にて形成するこ
とができるようにレイアウトを行う。このレイアウトに
よれば、前記多結晶シリコン領域1を、前述したキャリ
ア消滅領域として使用することで、半導体チップ並びに
半導体ウエハ全面にキャリア消滅効果が及ぶようにする
ことができる。
That is, for example, in the planar layout pattern of the polycrystalline silicon region shown in FIG.
The width a shown in (a) is set to 9 μm and the width b is set to 1 μm, and the polysilicon region 1 is laid out. That is,
The layout is performed so that a rectangular polycrystalline silicon region 1 having an interval of 9 μm between the polycrystalline silicon regions 1 can be formed in a 1 μm square. According to this layout, the polycrystalline silicon region 1 is used as the above-described carrier annihilation region, so that the carrier annihilation effect can be exerted on the entire surface of the semiconductor chip and the semiconductor wafer.

【0079】一方、この多結晶シリコン領域1の半導体
ウエハ全体に対する占有面積の割合は、図1(a)の例
で、100μm2角の正方形内に1μm2角の多結晶シリ
コン領域が存在していることになるため、面積としては
全体の1%を占有することになる。よって、本発明によ
れば、デバイスオン時のオン電圧上昇効果を、無視でき
る程度に小さくすることができる。
On the other hand, the ratio of the area occupied by the polycrystalline silicon region 1 to the entire semiconductor wafer is as shown in FIG. 1 (a), where the 1 μm 2 polycrystalline silicon region is present in a 100 μm 2 square. Therefore, the area occupies 1% of the whole area. Therefore, according to the present invention, the effect of increasing the on-voltage when the device is on can be reduced to a negligible extent.

【0080】また、図1(b)の平面レイアウトパター
ンにおいては、図1(b)における幅aを9μm,幅b
を1μmに設定して、多結晶シリコン領域1のレイアウ
トパターンを、1μmの幅、一辺を9μmとした格子状
に設定する。このとき、図1(a)の多結晶シリコン領
域1の占有面積よりも、図1(b)の多結晶シリコン領
域1の占有面積の方が大きくなるため、前述したキャリ
ア消滅領域として使用することで、半導体チップ並びに
半導体ウエハ全面にキャリア消滅効果が及ぶようにする
ことができる。
Further, in the planar layout pattern of FIG. 1B, the width a in FIG.
Is set to 1 μm, and the layout pattern of the polycrystalline silicon region 1 is set to a lattice shape having a width of 1 μm and one side of 9 μm. At this time, the occupied area of the polycrystalline silicon region 1 in FIG. 1B is larger than the occupied area of the polycrystalline silicon region 1 in FIG. Accordingly, the carrier annihilation effect can be exerted on the entire surface of the semiconductor chip and the semiconductor wafer.

【0081】さらに、図2(b)に示されるような、多
層構造の多結晶シリコン領域1においても、前述した理
由と同様の理由により、1層目と2層目、および2層目
と3層目の前記多結晶シリコン領域1同志の間の距離、
たとえば、図2(b)における多結晶シリコン領域1
a,1b間および1b,1c間の距離cは、約0.1〜
10μmに設定することができる。したがって、前記多
結晶シリコン領域1は、キャリア消滅領域として使用す
ることで、半導体チップ並びに半導体ウエハ全面におい
て、スイッチングスピードを向上させることができる。
Further, in the polycrystalline silicon region 1 having a multilayer structure as shown in FIG. 2B, the first and second layers and the second and third layers are formed for the same reason as described above. The distance between the polycrystalline silicon regions 1 of the layer,
For example, the polycrystalline silicon region 1 in FIG.
The distance c between a, 1b and 1b, 1c is about 0.1 to
It can be set to 10 μm. Therefore, by using the polycrystalline silicon region 1 as a carrier annihilation region, the switching speed can be improved over the entire surface of the semiconductor chip and the semiconductor wafer.

【0082】すなわち、図1(a),(b),図2
(a),(b)のような、半導体装置の平面または断面
レイアウトパターンにおいて、前記多結晶シリコン領域
1のチップ占有面積が大きいほど、ゲッタリング層,キ
ャリア消滅層としての効果は大きくなる。しかし、前記
多結晶シリコン領域1の占有面積が大きくなりすぎる
と、デバイスのオン電圧の上昇を招いてしまうので、前
記多結晶シリコン領域1のレイアウトを最適化すること
が必要となる。
That is, FIGS. 1A, 1B and 2
In the planar or cross-sectional layout pattern of the semiconductor device as shown in (a) and (b), the larger the area occupied by the chip in the polycrystalline silicon region 1, the greater the effect as a gettering layer and a carrier annihilation layer. However, if the area occupied by the polycrystalline silicon region 1 becomes too large, the on-voltage of the device will increase, so that it is necessary to optimize the layout of the polycrystalline silicon region 1.

【0083】ゲッタリングとしては、図4に示されるイ
ントリシックゲッタリング方法が、一般に知られてい
る。このイントリシックゲッタリングとよばれる、ゲッ
タリング方法は、半導体ウエハ内部、すなわち、半導体
基板3上かつ無結晶欠陥領域7中に結晶欠陥領域6を形
成し、これをゲッタリング領域として利用する方法であ
る。
As gettering, an intricate gettering method shown in FIG. 4 is generally known. The gettering method called this intrinsic gettering is a method of forming a crystal defect region 6 inside a semiconductor wafer, that is, on a semiconductor substrate 3 and in an amorphous defect region 7, and using the crystal defect region 6 as a gettering region. It is.

【0084】従来は、縦方向に電流を流すタイプのパワ
ーデバイスにおいては、図4に示されるように、結晶欠
陥領域6が存在すると、この部分の抵抗が増加し、デバ
イスのオン電圧の劣化を招くため、ゲッタリング方法と
しては、イントリシックゲッタリング方法を適用するこ
とができなかった。
Conventionally, in a power device of a type in which a current flows in the vertical direction, as shown in FIG. 4, when a crystal defect region 6 exists, the resistance of this portion increases, and deterioration of the ON voltage of the device is reduced. For this reason, an intrinsic gettering method cannot be applied as a gettering method.

【0085】しかし、本実施の形態の半導体装置のよう
に、図1(a),(b),図2(a),(b)に示され
るように、多結晶シリコン領域を、部分的に単結晶シリ
コン領域に埋め込み、これをゲッタリング領域として利
用すれば、上述したようにオン電圧の劣化を伴わないゲ
ッタリング領域の形成が実現できる。
However, as shown in FIGS. 1 (a), 1 (b), 2 (a) and 2 (b), the polycrystalline silicon region is partially formed as in the semiconductor device of the present embodiment. By embedding in a single-crystal silicon region and using this as a gettering region, formation of a gettering region without deterioration of on-voltage can be realized as described above.

【0086】また、前記ゲッタリング領域の数は、半導
体ウエハ上方から見る方向に対し、上記図1(a)のレ
イアウトでは106個/cm2となる。したがって、一般
にイントリシックゲッタリングのゲッタリング領域の結
晶欠陥の数は105〜106個/cm2であれば充分であ
るとされているので、本実施の形態による方法によって
充分なゲッタリング効果を得ることができる。さらに、
図1(b)のレイアウトでは、多結晶シリコン領域の格
子状パターンの幅を選択することによってゲッタリング
領域の半導体チップ全体に対する占有面積が増加させる
ことができるため、さらなるゲッタリング効果が期待で
きる。
The number of the gettering regions is 10 6 / cm 2 in the layout of FIG. 1A with respect to the direction viewed from above the semiconductor wafer. Therefore, it is generally considered sufficient if the number of crystal defects in the gettering region of the intrinsic gettering is 10 5 to 10 6 / cm 2. Therefore, the method according to the present embodiment provides sufficient gettering. The effect can be obtained. further,
In the layout of FIG. 1B, since the area occupied by the gettering region with respect to the entire semiconductor chip can be increased by selecting the width of the lattice pattern of the polycrystalline silicon region, a further gettering effect can be expected.

【0087】また、図2(a),(b)においても、前
述した点から多結晶シリコン領域1の数が多いほど、ゲ
ッタリング効果は大きくなるため、ゲッタリングのみの
観点からは図2(b)の方が図2(a)よりも効果的で
ある。その反面、前述したように、前記多結晶シリコン
領域1を形成するプロセスが複雑になるため、半導体装
置としても全体的にプロセスが複雑になるとともに、前
述したオン電圧の上昇についても考慮した、ゲッタリン
グ領域のレイアウトの最適化が必要となる。すなわち、
ゲッタリング領域の3次元的なレイアウトにおいては、
図1(a),(b)に示す平面的なパターンと、図2
(a),(b)に示す断面的なパターンを組み合わせる
ことにより、多結晶シリコン領域のレイアウトを容易に
最適化がすることができる。
Also, in FIGS. 2A and 2B, the gettering effect increases as the number of the polycrystalline silicon regions 1 increases from the above-described point. Therefore, from FIG. FIG. 2B is more effective than FIG. On the other hand, as described above, since the process of forming the polycrystalline silicon region 1 is complicated, the process is also complicated as a whole as a semiconductor device, and the getter is also designed in consideration of the above-mentioned increase in on-voltage. It is necessary to optimize the layout of the ring region. That is,
In the three-dimensional layout of the gettering area,
The planar patterns shown in FIGS. 1A and 1B and FIG.
By combining the cross-sectional patterns shown in (a) and (b), the layout of the polycrystalline silicon region can be easily optimized.

【0088】一方、CMOSFETに代表されるLSI
においては、図4に示すイントリシックゲッタリングが
広く使用されている。このイントリシックゲッタリング
は、前述したようにシリコン基板内部に、図4に示され
る結晶欠陥領域6のような微小結晶欠陥を、無結晶欠陥
領域7に対して、面積的に大きく占有させるように形成
することで、シリコン基板自体にゲッタリング能力を持
たせようとする方法である。
On the other hand, an LSI represented by a CMOSFET
In FIG. 4, the intrinsic gettering shown in FIG. 4 is widely used. As described above, this intrinsic gettering causes a small crystal defect such as the crystal defect region 6 shown in FIG. 4 to occupy a large area in the amorphous defect region 7 in the silicon substrate. In this method, the silicon substrate itself has gettering ability.

【0089】すなわち、半導体ウエハ製造プロセスにお
いて、前記半導体ウエハ中に溶け込んだ酸素は、アニー
ルを行うことによって酸素析出物,転移などの微小結晶
欠陥を内部に発生させ、ゲッタリング中心となる。微小
結晶欠陥の発生は、結晶中の酸素濃度,炭素などの析出
核分布,熱履歴に強く依存するので、結晶育成から素子
形成プロセスまでを通して半導体ウエハを設計,最適化
することが重要である。
That is, in the semiconductor wafer manufacturing process, the oxygen dissolved in the semiconductor wafer generates microcrystal defects such as oxygen precipitates and dislocations by annealing, and becomes a gettering center. Since the occurrence of microcrystal defects strongly depends on the oxygen concentration in the crystal, the distribution of precipitate nuclei such as carbon, and the thermal history, it is important to design and optimize the semiconductor wafer from the crystal growth to the element formation process.

【0090】そして、半導体素子形成プロセスにおい
て、アニールにより酸素の析出は進行するから、前述し
たようにして最適化された半導体ウエハを使用すること
により、素子形成プロセスを行うだけでゲッタリング能
力を最後まで持続することができる。
In the process of forming a semiconductor element, the precipitation of oxygen proceeds by annealing. Therefore, by using the semiconductor wafer optimized as described above, the gettering ability can be reduced only by performing the element forming process. Can last up to.

【0091】すなわち、イントリシックゲッタリング技
術によれば、シリコン結晶内部に微小結晶欠陥を発生さ
せ、その微小欠陥結晶領域でゲッタリングするのである
から、素子活性領域は無欠陥に保たなければならない。
That is, according to the intrinsic gettering technique, a small crystal defect is generated inside the silicon crystal and gettering is performed in the small defect crystal region. Therefore, the element active region must be kept free from defects. No.

【0092】しかし、前述したように、半導体装置の微
細化が進むと、半導体装置作製プロセスの低温化が進
み、より素子形成領域に近い領域、すなわち、アクティ
ブ領域にてゲッタリング領域が必要になる。しかし、シ
リコン基板内部に結晶欠陥を形成するイントリシックゲ
ッタリング方法においては、結晶欠陥の位置を、たとえ
ば±1μm程度以下で正確に制御することは不可能であ
る。
However, as described above, as the miniaturization of the semiconductor device progresses, the temperature of the semiconductor device manufacturing process decreases, and a gettering region is required in a region closer to the element formation region, that is, in the active region. . However, in the intrinsic gettering method for forming a crystal defect inside a silicon substrate, it is impossible to accurately control the position of the crystal defect at, for example, about ± 1 μm or less.

【0093】この対策として、多結晶シリコン領域を全
面に形成した半導体ウエハをはりあわせ、研磨して薄く
する方法も考えられるが、現在の研磨技術では前記結晶
欠陥の位置を±1μm程度以下で制御することが困難で
あると共に、この方法は電流を縦に流すパワーデバイス
には適用できないという問題点があった。
As a countermeasure, a method in which a semiconductor wafer having a polycrystalline silicon region formed over the entire surface is bonded and polished to reduce the thickness is conceivable. In addition, there is a problem that this method cannot be applied to a power device in which a current flows vertically.

【0094】しかしながら、微細LSIにおけるゲッタ
リング方法の改善を目的とした本発明の方法において
は、半導体素子形成領域とゲッタリング領域の距離はS
PE法又はエピタキシャル成長による単結晶シリコン領
域の厚みで制御することができる。したがって、本発明
の半導体装置によれば、この程度の半導体素子形成領域
とゲッタリング領域の距離の制御は容易であり、デバイ
ス領域の特性劣化を招かないごく近くの領域にゲッタリ
ング領域を形成することができる。
However, in the method of the present invention for improving the gettering method in a micro LSI, the distance between the semiconductor element formation region and the gettering region is S
The thickness can be controlled by the thickness of the single crystal silicon region formed by the PE method or the epitaxial growth. Therefore, according to the semiconductor device of the present invention, it is easy to control the distance between the semiconductor element formation region and the gettering region to this extent, and the gettering region is formed in a very close region that does not cause the characteristic deterioration of the device region. be able to.

【0095】以上説明したように、本発明の半導体装置
によれば、半導体基板内部にオン電圧の劣化を伴わない
構造のキャリア消滅領域を形成することによって、半導
体装置のスイッチングスピードを向上することができ
る。また、半導体基板において素子が形成される基板表
面(単結晶シリコンエピタキシャル層表面)近傍にゲッ
タリング領域を形成することができるので、プロセスに
依存しない、安定したゲッタリング効果を得ることがで
きるとともに、製造プロセスを低温化することができ、
素子の微細化に対応することができる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the switching speed of the semiconductor device can be improved by forming the carrier annihilation region having a structure without deterioration of the ON voltage inside the semiconductor substrate. it can. In addition, since a gettering region can be formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the substrate surface (single-crystal silicon epitaxial layer surface) on which elements are formed, a stable gettering effect independent of a process can be obtained. The manufacturing process can be cooled,
It is possible to cope with miniaturization of elements.

【0096】更に、本発明は、電流を半導体基板表面か
ら裏面に流す方式の縦型パワーデバイスに対しても適用
することができ、オン電圧の劣化なくイントリシックゲ
ッタリングを実施することができる。
Further, the present invention can be applied to a vertical power device of a type in which a current flows from the front surface to the back surface of a semiconductor substrate, and can implement intrinsic gettering without deterioration of on-voltage. .

【0097】(実施の形態2)実施の形態1において
は、各デバイスについて共通した多結晶シリコン領域の
形成方法、言い換えれば、キャリア消滅領域,ゲッタリ
ング領域の形成方法について説明してきた。そして、前
述したように、前記多結晶シリコン領域は、種々の半導
体装置に適用することができる。
(Embodiment 2) In Embodiment 1, a method for forming a polycrystalline silicon region common to each device, in other words, a method for forming a carrier annihilation region and a gettering region has been described. As described above, the polycrystalline silicon region can be applied to various semiconductor devices.

【0098】実施の形態2において、本発明をサイリス
タに応用した例を示す。
Embodiment 2 shows an example in which the present invention is applied to a thyristor.

【0099】図5(b)に実施の形態2のサイリスタの
デバイスの要部断面図を示す。実施の形態2のサイリス
タにおいては、スイッチングスピード改善のため、p+
型シリコン基板3上に形成されたn型単結晶シリコンエ
ピタキシャル層11をシード部として、図3に示される
SPE法により形成されたn型単結晶シリコンエピタキ
シャル層12に、多結晶シリコン領域1を埋め込んで形
成したものである。また、この多結晶シリコン領域1
は、ゲッタリング層としても機能しているため、サイリ
スタの歩留り向上も図ることができる。
FIG. 5B is a sectional view of a main part of a thyristor device according to the second embodiment. In the thyristor of the second embodiment, p +
Polycrystalline silicon region 1 is embedded in n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12 formed by the SPE method shown in FIG. 3 using n-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 formed on type silicon substrate 3 as a seed portion. It is formed by. Also, this polycrystalline silicon region 1
Since the thyristor also functions as a gettering layer, the yield of the thyristor can be improved.

【0100】実施の形態2のサイリスタにおいては、p
+型シリコン基板3上に形成されたn型単結晶シリコン
エピタキシャル層11上に、多結晶シリコン領域1が複
数形成されている。そして、前記複数の多結晶シリコン
領域1を埋め込むようにしてn型単結晶シリコン層エピ
タキシャル12aが形成されており、このn型単結晶シ
リコン層エピタキシャル12a内に、n+型拡散層によ
り形成されたカソード領域26が形成されている。
In the thyristor of the second embodiment, p
A plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed on n-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 formed on + -type silicon substrate 3. An n-type single-crystal silicon layer epitaxial layer 12a is formed so as to bury the plurality of polycrystalline silicon regions 1, and an n + -type diffusion layer is formed in the n-type single-crystal silicon layer epitaxial layer 12a. A cathode region 26 is formed.

【0101】また、前記n+型拡散層により形成された
カソード領域26を挟んで、p+型拡散層により形成さ
れたゲート領域27が形成されている。
A gate region 27 formed of a p + -type diffusion layer is formed with a cathode region 26 formed of the n + -type diffusion layer interposed therebetween.

【0102】前記カソード領域26上には、単結晶シリ
コン層により形成されたカソード電極14、前記ゲート
領域27上にはゲート電極13が設けられ、前記カソー
ド電極14、前記ゲート電極13間は、シリコン酸化膜
54により絶縁されている。さらに、前記p+型シリコ
ン基板3の裏面には、前記カソード電極13と対向する
ように、単結晶シリコン層にて形成されたアノード電極
15が形成されている。
A cathode electrode 14 formed of a single crystal silicon layer is provided on the cathode region 26, and a gate electrode 13 is provided on the gate region 27. A silicon electrode is provided between the cathode electrode 14 and the gate electrode 13. It is insulated by the oxide film 54. Further, an anode electrode 15 made of a single crystal silicon layer is formed on the back surface of the p + type silicon substrate 3 so as to face the cathode electrode 13.

【0103】図5(a)に実施の形態2のサイリスタの
回路図を示し、実施の形態2のサイリスタの動作を説明
する。
FIG. 5A is a circuit diagram of the thyristor according to the second embodiment, and the operation of the thyristor according to the second embodiment will be described.

【0104】このサイリスタは静電誘導型バイポーラト
ランジスタQ1とpnpトランジスタQ2が組み合わせ
られた構造として説明することができる。
This thyristor can be described as a structure in which an electrostatic induction bipolar transistor Q1 and a pnp transistor Q2 are combined.

【0105】ここで、バイポーラトランジスタとして動
作する領域は、ゲート領域27,カソード領域26,お
よびp+型シリコン基板3である。
Here, the regions that operate as bipolar transistors are gate region 27, cathode region 26, and p + type silicon substrate 3.

【0106】通常ゲートG・カソードC間にバイアスが
加えられていない状態では、アノードAに電圧を印加し
ても、バイポーラトランジスタQ1,pnpトランジス
タQ2の両トランジスタはオフ状態にあるため、サイリ
スタはオフ状態にある。
Normally, when no bias is applied between the gate G and the cathode C, even if a voltage is applied to the anode A, the thyristor is turned off because both the bipolar transistor Q1 and the pnp transistor Q2 are off. In state.

【0107】次に、ゲート電極G(13)に正の電圧を
加えると、ゲート領域27から正孔が、カソード領域2
6から電子が、チャネル領域へ注入され、前記正孔、電
子電流がゲート電流として流れる。前記正孔,電子は、
前記チャネル領域内部に充満し、カソード領域26の中
へ流れ込む、所謂伝導率変調の状態になる。この状態
は、カソード領域26にキャリアが充満している状態で
あり、すなわちバイポーラトランジスタQ1のオン状態
と同等である。
Next, when a positive voltage is applied to the gate electrode G (13), holes are generated from the gate region 27 to the cathode region 2 (13).
From 6, electrons are injected into the channel region, and the hole and electron currents flow as gate currents. The holes and electrons are
It fills the channel region and flows into the cathode region 26, a state of so-called conductivity modulation. This state is a state where the cathode region 26 is filled with carriers, that is, equivalent to the ON state of the bipolar transistor Q1.

【0108】次にアノード電極A(15)側に正電圧を
加えることにより、pnpトランジスタQ2をオンさせ
る。アノード電極A側に正電圧を加えることにより、ゲ
ート領域27とp+型シリコン基板3から正孔が、カソ
ード領域26から電子が注入される。これはカソード電
極C(14)から注入された電子とアノード電極A(1
5)から注入された正孔とがアノード電流として流れる
ことを示している。
Next, a pnp transistor Q2 is turned on by applying a positive voltage to the anode A (15) side. By applying a positive voltage to the anode electrode A side, holes are injected from the gate region 27 and the p + type silicon substrate 3, and electrons are injected from the cathode region 26. This is because the electrons injected from the cathode electrode C (14) and the anode electrode A (1)
5 shows that the holes injected from 5) flow as an anode current.

【0109】このようなサイリスタにおいてターンオン
を速くするためには、ゲート電極Gに電圧が印加される
ことにより、いかに多くの電子をカソードから注入させ
るかがポイントとなる。
In order to speed up turn-on in such a thyristor, the point is how many electrons are injected from the cathode by applying a voltage to the gate electrode G.

【0110】次に、実施の形態2のサイリスタの作製プ
ロセスを図6(a)〜(d)を用いて説明する。また、
実施の形態2においては、多結晶シリコン領域を1層に
て形成するものとし、実施の形態1と同一の部材につい
ては同一符号にて示し、実施の形態1と同様な部分につ
いては省略して説明する。
Next, a manufacturing process of the thyristor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Also,
In the second embodiment, the polycrystalline silicon region is formed in one layer, and the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the same parts as those in the first embodiment are omitted. explain.

【0111】まず、p+型シリコン基板3上に、約10
00〜1150℃,モノシランSi4または塩化シリコ
ンガスSi2Cl2を使用して、常圧CVD法により、単
結晶シリコンエピタキシャル層を5〜100μmの厚み
にて成長させる。そして、前記単結晶シリコンエピタキ
シャル層に、例えば、リンPを打ち込むことによって、
n型単結晶シリコンエピタキシャル層11を形成する。
このn型単結晶シリコンエピタキシャル層11厚みは、
所望の耐圧に適合させて設定することができる。
[0111] First, on the p + -type silicon substrate 3, about 10
00-1,150 ° C., using monosilane S i H 4 or a silicon chloride gas S i2 Cl 2, the atmospheric pressure CVD method, growing single crystal silicon epitaxial layer at a thickness of 5 to 100 [mu] m. Then, for example, by implanting phosphorus P into the single crystal silicon epitaxial layer,
An n-type single crystal silicon epitaxial layer 11 is formed.
The thickness of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 11 is
It can be set to match the desired pressure resistance.

【0112】次に、前記n型単結晶シリコンエピタキシ
ャル層11上に、多結晶シリコン領域1を実施の形態1
で説明した方法により複数形成する。この多結晶シリコ
ン領域1の平面レイアウトパターンは、例えば、図1
(a),(b)に例示するようなパターンをいずれも適
用することができる(図6(a))。
Next, a polycrystalline silicon region 1 is formed on the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 according to the first embodiment.
Are formed by the method described above. The planar layout pattern of this polycrystalline silicon region 1 is, for example, as shown in FIG.
Any of the patterns illustrated in FIGS. 6A and 6B can be applied (FIG. 6A).

【0113】次に、例えば、約1000〜1150℃、
モノシラン,ジシラン,または塩化シラン等を使用して
常圧CVD法により多結晶シリコン層を形成する。次い
で、SPE法により、前記n型単結晶シリコンエピタキ
シャル層11の露出面をシード部として、単結晶シリコ
ンエピタキシャル層を形成し、例えば、リンPを打ち込
むことによって、前記シリコン酸化膜5上に、n型単結
晶シリコンエピタキシャル層12aを形成する。
Next, for example, at about 1000 to 1150 ° C.
A polycrystalline silicon layer is formed by a normal pressure CVD method using monosilane, disilane, silane chloride, or the like. Next, a single crystal silicon epitaxial layer is formed by an SPE method using the exposed surface of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 11 as a seed portion, and, for example, phosphorus P is implanted to form n on the silicon oxide film 5. A single-crystal silicon epitaxial layer 12a is formed.

【0114】このとき、図6(b)に示すように、前記
n型単結晶シリコンエピタキシャル層12aを薄く形成
しておいて、その上に常圧CVD法により膜厚のn型単
結晶シリコンエピタキシャル層12bを形成する方法
と、図6(c)に示すような全てSPE法でn型単結晶
シリコンエピタキシャル層12aを形成する方法とがあ
り、いずれの方法も使用することができる。実施の形態
2における、図6においては、後者の方法を適用した場
合について例を示している。
At this time, as shown in FIG. 6 (b), the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12a is formed thin, and the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12a is formed thereon by atmospheric pressure CVD. There is a method of forming the layer 12b and a method of forming the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12a by the SPE method as shown in FIG. 6 (c). Either method can be used. FIG. 6 in Embodiment 2 shows an example in which the latter method is applied.

【0115】そして、例えば、ボロンBを前記n型単結
晶シリコンエピタキシャル12bに拡散することによ
り、p+型拡散層を形成してゲート領域27とするとと
もに、例えば、リンPを前記n型単結晶シリコンエピタ
キシャル12bに拡散することにより、n+型拡散層を
形成して、カソード領域26とする。さらに、一般的な
電極形成方法にて、単結晶シリコンエピタキシャル層を
形成することにより、ゲート電極13,カソード電極1
4,アノード電極15を形成し、基本的なサイリスタ構
造が形成される(図6(d))。
Then, for example, by diffusing boron B into the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12b, a p + -type diffusion layer is formed to form the gate region 27. By diffusing into the silicon epitaxial layer 12b, an n + -type diffusion layer is formed to form the cathode region 26. Further, by forming a single crystal silicon epitaxial layer by a general electrode forming method, the gate electrode 13 and the cathode electrode 1 are formed.
4. An anode electrode 15 is formed to form a basic thyristor structure (FIG. 6D).

【0116】以上説明したように、本発明のサイリスタ
の作製プロセスは、SPE法の特質を利用して、容易
に、半導体基板内部にオン電圧の劣化を伴わない構造に
てキャリア消滅領域を形成し、サイリスタのスイッチン
グスピードを向上することができる。
As described above, in the thyristor manufacturing process of the present invention, a carrier annihilation region is easily formed in a semiconductor substrate in a structure without deterioration of on-voltage by utilizing the characteristics of the SPE method. Thus, the switching speed of the thyristor can be improved.

【0117】また、実施の形態2の方法によれば、半導
体基板表面(n型単結晶シリコンエピタキシャル層表
面)近傍にゲッタリング層を形成することができるた
め、プロセスに依存しない、安定したゲッタリング効果
を得ることができるサイリスタを実現することができ
る。したがって、本発明のサイリスタによれば、低温プ
ロセスを採用することができ、素子の微細化に対応する
ことができる。
According to the method of the second embodiment, the gettering layer can be formed in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate (the surface of the n-type single-crystal silicon epitaxial layer). A thyristor that can obtain an effect can be realized. Therefore, according to the thyristor of the present invention, a low-temperature process can be adopted, and it is possible to cope with miniaturization of elements.

【0118】(実施の形態3)次に、本発明をIGBT
(Insulated Gate BipolarTr
ansistor)に応用した例を実施の形態3にて説
明する。
(Embodiment 3) Next, the present invention will be described with reference to an IGBT.
(Insulated Gate BipolarTr
An example applied to an ansistor will be described in a third embodiment.

【0119】図7(a)に本発明のIGBTの回路図を
示す。
FIG. 7A is a circuit diagram of an IGBT of the present invention.

【0120】IGBTは、図7(a)に示すような、M
OSトランジスタM1を入力段トランジスタとし、pn
pバイポーラトランジスタQ1を出力段トランジスタと
するコンプリメンタリ接続のダーリントン(インバーテ
ッドダーリントン)バイポーラ・MOS複合トランジス
タである。
The IGBT has an M as shown in FIG.
The OS transistor M1 is an input transistor, and pn
This is a complementary-connection Darlington (inverted Darlington) bipolar / MOS composite transistor using the p-type bipolar transistor Q1 as an output transistor.

【0121】図7(b)に実施の形態3のIGBTのデ
バイスの要部断面図を示す。実施の形態3のIGBTに
おいては、実施の形態2のサイリスタと同様に、スイッ
チングスピード改善のため、p+型シリコン基板3上に
形成されたn型単結晶シリコンエピタキシャル層11を
シード部として、SPE法により形成されたn型単結晶
シリコンエピタキシャル層12a内に、多結晶シリコン
領域1を埋め込んで形成したものである。また、この多
結晶シリコン領域1はゲッタリング層としても機能して
いるため、IGBTの歩留り向上も図ることができる。
FIG. 7B is a sectional view of a main part of an IGBT device according to the third embodiment. In the IGBT of the third embodiment, similarly to the thyristor of the second embodiment, in order to improve the switching speed, the SPE is formed by using the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 formed on the p + -type silicon substrate 3 as a seed portion. It is formed by burying a polycrystalline silicon region 1 in an n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a formed by a method. Further, since the polycrystalline silicon region 1 also functions as a gettering layer, the yield of IGBT can be improved.

【0122】ところで、実施の形態3のIGBTにおい
ては、p+型シリコン基板3(コレクタ)上に、形成さ
れたn型単結晶シリコンエピタキシャル層11上に、多
結晶シリコン領域1が複数形成されている。そして、前
記複数の多結晶シリコン領域1を埋め込むようにしてn
型単結晶シリコンエピタキシャル層12aが形成されて
いる。そして、前記n型単結晶シリコンエピタキシャル
層12aの表面近傍に、p型ボディ層29(エミッタ)
が形成されており、その内部には、n+型拡散層がソー
ス領域22として形成されている。
In the IGBT according to the third embodiment, a plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed on n-type single-crystal silicon epitaxial layer 11 formed on p + -type silicon substrate 3 (collector). I have. Then, the plurality of polycrystalline silicon regions 1 are embedded so that n
Formed single-crystal silicon epitaxial layer 12a is formed. A p-type body layer 29 (emitter) is provided near the surface of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a.
Is formed, and an n + -type diffusion layer is formed therein as the source region 22.

【0123】そして、前記ソース領域22上にはシリコ
ン酸化膜55が形成され、さらに前記シリコン酸化膜5
5上には多結晶シリコンゲート電極21が設けられ、さ
らに前記p+型シリコン基板3の裏面には、前記多結晶
シリコンゲート電極21と対向するようにしてアノード
電極15が形成されている。
Then, a silicon oxide film 55 is formed on the source region 22, and the silicon oxide film 5
A polycrystalline silicon gate electrode 21 is provided on 5, and an anode electrode 15 is formed on the back surface of the p + -type silicon substrate 3 so as to face the polycrystalline silicon gate electrode 21.

【0124】次に、実施の形態3のIGBTの作製プロ
セスについて、図8(a)〜(c)および図9(d),
(e)を用いて説明する。また、実施の形態3において
は、多結晶シリコン領域1を1層にて形成するものと
し、実施の形態1及び2と同一の部材については同一符
号にて示し、実施の形態1及び2と同様な部分について
は省略して説明する。
Next, the manufacturing process of the IGBT according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (c) and FIGS.
This will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the polycrystalline silicon region 1 is formed in one layer, and the same members as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and are the same as those in the first and second embodiments. The parts that are not described will be omitted.

【0125】まず、p+型シリコン基板3上に、100
0〜1150℃,モノシランSi4または塩化シリコン
ガスSi2Cl2を使用して、常圧CVD法により、単結
晶シリコンエピタキシャル層を、5〜100μmの厚み
にて成長させる。そして、前記単結晶シリコンエピタキ
シャル層に、たとえば、リンPを打ち込むことによりn
型単結晶シリコンエピタキシャル層11を形成する。こ
のn型単結晶シリコンエピタキシャル層11の厚みは、
所望の耐圧に適合させて設定することができる。
First, on a p + type silicon substrate 3, 100
0-1,150 ° C., using monosilane S i H 4 or a silicon chloride gas S i2 Cl 2, the atmospheric pressure CVD method, a single crystal silicon epitaxial layer is grown at a thickness of 5 to 100 [mu] m. By implanting, for example, phosphorus P into the single crystal silicon epitaxial layer, n
A single-crystal silicon epitaxial layer 11 is formed. The thickness of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 11 is
It can be set to match the desired pressure resistance.

【0126】次に、前記n型単結晶シリコンエピタキシ
ャル層11上に、多結晶シリコン領域1を、実施の形態
1で説明した方法により複数形成する。この多結晶シリ
コン領域1の平面レイアウトパターンは図1(a),
(b)に例示するようなパターンをいずれも適用するこ
とができる。(図8(a)) 次に、例えば、約1000〜1150℃、モノシラン,
ジシラン,または塩化シランなどを使用して常圧CVD
法により多結晶シリコン層を形成する。次いで、SPE
法により、前記n型単結晶シリコンエピタキシャル層1
1の露出面をシード部として、単結晶シリコンエピタキ
シャル層を形成し、例えば、リンPを打ち込むことによ
って、前記シリコン酸化膜5上に、n型単結晶シリコン
エピタキシャル層12aを形成する。
Next, a plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed on the n-type single crystal silicon epitaxial layer 11 by the method described in the first embodiment. The planar layout pattern of this polycrystalline silicon region 1 is shown in FIG.
Any of the patterns illustrated in (b) can be applied. (FIG. 8A) Next, for example, at about 1000 to 1150 ° C., monosilane,
Atmospheric pressure CVD using disilane or chloride silane
A polycrystalline silicon layer is formed by a method. Then, SPE
The n-type single crystal silicon epitaxial layer 1
A single crystal silicon epitaxial layer is formed using the exposed surface of 1 as a seed portion, and, for example, phosphorus P is implanted to form an n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a on the silicon oxide film 5.

【0127】このとき、図8(b)に示すように、前記
n型単結晶シリコンエピタキシャル層12aを薄く形成
しておいて、その上に常圧CVD法により膜厚のn型単
結晶シリコンエピタキシャル層12bを形成する方法
と、図8(c)に示すような全てSPE法でn型単結晶
シリコンエピタキシャル層12aを形成する方法とがあ
り、いずれの方法も使用することができる。実施の形態
3における、図8,図9においては、後者の方法を適用
した場合について例を示している。
At this time, as shown in FIG. 8B, the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12a is formed thin, and the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12a is formed thereon by the atmospheric pressure CVD method. There is a method of forming the layer 12b and a method of forming the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12a by the SPE method as shown in FIG. 8C, and any of these methods can be used. 8 and 9 in the third embodiment show examples in which the latter method is applied.

【0128】次に、前記n型単結晶シリコンエピタキシ
ャル層12aの表面に、例えば、ボロンBを拡散するこ
とにより、p型ボディ層29を形成し、リンPを拡散す
ることにより、n+型拡散層をソース領域22を形成す
る。そして、その後、前記n型単結晶シリコンエピタキ
シャル層12aの表面にゲート酸化膜55を形成する。
(図9(d))そして、ゲート電極となる多結晶シリコ
ン層を形成し、フォトリソグラフィーとRIEエッチン
グ方法により前記多結晶シリコン層を加工することで、
多結晶シリコンゲート電極21を形成し、基本的なIG
BT構造が形成される(図9(e))。
Next, for example, boron B is diffused on the surface of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a to form a p-type body layer 29, and phosphorus P is diffused to form an n + -type diffusion layer. The layer forms the source region 22. Then, a gate oxide film 55 is formed on the surface of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a.
(FIG. 9 (d)) Then, a polycrystalline silicon layer serving as a gate electrode is formed, and the polycrystalline silicon layer is processed by photolithography and RIE etching.
A polycrystalline silicon gate electrode 21 is formed and a basic IG
A BT structure is formed (FIG. 9E).

【0129】以上説明したように、本発明のIGBTの
作製プロセスは、SPE法の特質を利用して、容易に、
半導体基板内部に、オン電圧の劣化を伴わない構造にて
キャリア消滅領域を形成し、IGBTのスイッチングス
ピードを向上することができる。
As described above, the manufacturing process of the IGBT of the present invention can be easily performed by utilizing the characteristics of the SPE method.
In the semiconductor substrate, a carrier annihilation region is formed in a structure that does not involve deterioration of the on-voltage, so that the switching speed of the IGBT can be improved.

【0130】また、特に、半導体素子形成領域とゲッタ
リング領域との距離をSPE法による単結晶シリコンエ
ピタキシャル層の厚みで制御することができるという点
で、実施の形態3に示したような縦方向に電流を流すI
GBTにおいては大きなゲッタリング効果を得ることが
できる。すなわち、半導体基板表面(n型単結晶シリコ
ンエピタキシャル層表面)近傍にゲッタリング層を形成
することができるため、プロセスに依存しない、安定し
たゲッタリング効果を得ることができるIGBTを実現
することができる。したがって、本発明のIGBTによ
れば、低温プロセスを採用することができ、素子の微細
化に対応することができる。
Also, in particular, the distance between the semiconductor element formation region and the gettering region can be controlled by the thickness of the single crystal silicon epitaxial layer by the SPE method. I to apply current to
In the GBT, a large gettering effect can be obtained. That is, since the gettering layer can be formed near the surface of the semiconductor substrate (the surface of the n-type single crystal silicon epitaxial layer), an IGBT which can obtain a stable gettering effect independent of the process can be realized. . Therefore, according to the IGBT of the present invention, a low-temperature process can be adopted, and it is possible to cope with miniaturization of elements.

【0131】(実施の形態4)IGBTについて本発明
を適用した例を実施の形態3に示したが、前述したよう
に、半導体装置においては、素子の微細化が進展してい
るため、IGBTについてもトレンチゲートを適用して
素子を微細化するというニーズが高まってきた。
(Embodiment 4) An example in which the present invention is applied to an IGBT is described in Embodiment 3. However, as described above, in a semiconductor device, the element size of a semiconductor device has been advanced, and therefore, In addition, there has been an increasing need to miniaturize elements by applying a trench gate.

【0132】本発明をトレンチゲート型IGBTに応用
した例について、実施の形態4にて説明する。
An example in which the present invention is applied to a trench gate type IGBT will be described in a fourth embodiment.

【0133】図10に本発明のトレンチゲート型IGB
Tのデバイスの要部断面図を示す。
FIG. 10 shows a trench gate type IGB of the present invention.
1 shows a cross-sectional view of a main part of a device T. FIG.

【0134】本発明のトレンチ型IGBTにおいては、
実施の形態2,3のサイリスタ及びIGBTと同様に、
スイッチングスピード改善のため、SPE法により形成
されたn型単結晶シリコンエピタキシャル層12aに、
多結晶シリコン領域1を埋め込んで形成したものであ
る。また、本発明のIGBTにおいては、前記多結晶シ
リコン領域1はゲッタリング層としても機能させること
ができるため、トレンチゲート型IGBTの歩留り向上
も図ることができる。
In the trench IGBT of the present invention,
As with the thyristors and IGBTs of the second and third embodiments,
In order to improve the switching speed, the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a formed by the SPE method
It is formed by embedding the polycrystalline silicon region 1. Further, in the IGBT of the present invention, since the polycrystalline silicon region 1 can also function as a gettering layer, the yield of the trench gate IGBT can be improved.

【0135】ところで、実施の形態4のトレンチゲート
型IGBTにおいては、p+型シリコン基板3上に形成
されたn型単結晶シリコンエピタキシャル層11上に、
多結晶シリコン領域1が複数形成されている。そして、
前記複数の多結晶シリコン領域1を埋め込むようにして
n型単結晶シリコンエピタキシャル層12aが形成され
ている。
In the trench gate type IGBT of the fourth embodiment, the n-type single crystal silicon epitaxial layer 11 formed on the p + type silicon substrate 3 is
A plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed. And
An n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a is formed so as to bury the plurality of polycrystalline silicon regions 1.

【0136】そして、このn型単結晶シリコンエピタキ
シャル層12aの表面近傍に、p型ボディ層29が形成
されており、その内部には、トレンチ30が形成されて
いる。そして、前記トレンチ30の表面に全面的にシリ
コン酸化膜56が形成され、前記シリコン酸化膜56上
に多結晶シリコンが埋め込まれて形成されることによ
り、多結晶シリコンゲート電極21が形成されている。
そして、前記多結晶シリコン領域21を囲むようにして
+型拡散層が形成され、ソース領域22として機能し
ている。さらに、前記p+型シリコン基板3の裏面に
は、前記多結晶シリコンゲート電極21と対向するよう
にしてアノード電極15が形成されている。
A p-type body layer 29 is formed near the surface of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a, and a trench 30 is formed therein. Then, a silicon oxide film 56 is formed on the entire surface of the trench 30, and polycrystalline silicon is buried and formed on the silicon oxide film 56, so that the polycrystalline silicon gate electrode 21 is formed. .
An n + -type diffusion layer is formed so as to surround the polycrystalline silicon region 21, and functions as a source region 22. Further, an anode electrode 15 is formed on the back surface of the p + type silicon substrate 3 so as to face the polycrystalline silicon gate electrode 21.

【0137】トレンチゲート型IGBTの作製プロセス
について以下に説明するが、実施の形態4においては、
多結晶シリコン領域1を1層にて形成するものとする。
The manufacturing process of the trench gate type IGBT will be described below. In the fourth embodiment,
It is assumed that the polycrystalline silicon region 1 is formed in one layer.

【0138】n型単結晶シリコンエピタキシャル層12
aを形成するプロセスまでの工程は、実施の形態3のI
GBTと同一のため、詳細な説明を省略するが、多結晶
シリコン領域1の形成プロセス(図8(a))後、多結
晶シリコン領域1上にn型単結晶シリコンエピタキシャ
ル層12aをSPE法により形成し、所定の厚みで成長
させる。このとき、n型単結晶シリコンエピタキシャル
層12aをSPE法により薄く形成し、その後、常圧C
VD法により膜厚のn型単結晶シリコンエピタキシャル
層12bを形成することも可能である。(図8(b)お
よび(c))そして、特に図示しないが、前記n型単結
晶シリコンエピタキシャル層12aの表面に、例えば、
ボロンBを拡散することにより、p型ボディ層29を形
成する。そして、前記p型ボディ層29に、フォトリソ
グラフィーとRIEなどのエッチングによりトレンチ3
0を形成する。
N-type single crystal silicon epitaxial layer 12
Steps up to the process of forming a are the same as those of the third embodiment
Since it is the same as the GBT, detailed description is omitted, but after the formation process of the polysilicon region 1 (FIG. 8A), an n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12a is formed on the polysilicon region 1 by the SPE method. Formed and grown to a predetermined thickness. At this time, the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a is formed thin by the SPE method,
It is also possible to form the n-type single-crystal silicon epitaxial layer 12b with a thickness by the VD method. (FIGS. 8B and 8C) And, although not particularly shown, for example, on the surface of the n-type single crystal silicon epitaxial layer 12a,
By diffusing boron B, a p-type body layer 29 is formed. The trenches 3 are formed in the p-type body layer 29 by photolithography and etching such as RIE.
0 is formed.

【0139】次に、前記トレンチ30に対して、950
〜1150℃の雰囲気中にて、酸化を行うことにより、
前記トレンチ30上にシリコン酸化膜56を形成する。
そして、前記p型ボディ層29上にリンPを拡散するこ
とにより、n+型拡散層を形成しソース領域22が形成
される。
Next, 950 is applied to the trench 30.
By performing oxidation in an atmosphere of ~ 1150 ° C,
A silicon oxide film 56 is formed on the trench 30.
Then, phosphorus P is diffused on the p-type body layer 29 to form an n + -type diffusion layer, and the source region 22 is formed.

【0140】そして、トレンチ30における前記シリコ
ン酸化膜56上に、前記トレンチ30を埋め込むように
して常圧CVD法等により多結晶シリコンを形成し、フ
ォトリソグラフィーとRIEなどのエッチングにより前
記多結晶シリコンを加工することで、多結晶シリコンゲ
ート電極21を形成することができ、基本的なトレンチ
ゲート型IGBT構造が形成される。
Then, polycrystalline silicon is formed on the silicon oxide film 56 in the trench 30 by normal pressure CVD or the like so as to fill the trench 30, and the polycrystalline silicon is formed by photolithography and etching such as RIE. By processing, the polycrystalline silicon gate electrode 21 can be formed, and a basic trench gate type IGBT structure is formed.

【0141】この例においても、本発明の多結晶シリコ
ン領域1は、キャリア消滅層として働き、オン電圧の上
昇を伴わないスイッチングスピード向上を達成できる。
また、このキャリア消滅層はゲッタリング領域としても
働き、トレンチゲート型IGBTの歩留り向上も期待で
きる。
Also in this example, the polycrystalline silicon region 1 of the present invention functions as a carrier annihilation layer, and can achieve an improvement in switching speed without an increase in on-voltage.
Further, the carrier annihilation layer also functions as a gettering region, and the yield of the trench gate type IGBT can be expected to be improved.

【0142】本発明のトレンチ型IGBTの作製プロセ
スは、SPE法の特質を利用して、容易に、半導体基板
内部に、オン電圧の劣化を伴わない構造にてキャリア消
滅領域を形成し、トレンチ型IGBTのスイッチングス
ピードを向上することができる。
In the manufacturing process of the trench type IGBT of the present invention, the characteristic of the SPE method is used to easily form a carrier annihilation region in the semiconductor substrate in a structure without deterioration of on-voltage, The switching speed of the IGBT can be improved.

【0143】また、特に、半導体素子形成領域とゲッタ
リング領域との距離をSPE法による単結晶シリコンエ
ピタキシャル層の厚みで制御することができるという点
で、実施の形態3に示したような縦方向に電流を流すI
GBTにおいては大きなゲッタリング効果を得ることが
できる。すなわち、半導体基板表面近傍(p型ボディ層
表面近傍)にゲッタリング層を形成し、プロセスに依存
しない、安定したゲッタリング効果を得ることができ
る。したがって、本発明のトレンチゲート型IGBTに
よれば、低温プロセスを採用することができ、素子の微
細化に対応することができる。さらに、実施の形態4で
は、トレンチゲート構造を採用したことで、さらなる素
子の微細化に対応しうるデバイスを実現することがで
き、半導体装置の小型化に大いに寄与することができ
る。
In particular, the distance between the semiconductor element formation region and the gettering region can be controlled by the thickness of the single crystal silicon epitaxial layer by the SPE method. I to apply current to
In the GBT, a large gettering effect can be obtained. That is, a gettering layer is formed near the surface of the semiconductor substrate (near the surface of the p-type body layer), and a stable gettering effect independent of a process can be obtained. Therefore, according to the trench gate type IGBT of the present invention, a low temperature process can be adopted, and it is possible to cope with miniaturization of elements. Further, in the fourth embodiment, by adopting the trench gate structure, a device which can cope with further miniaturization of elements can be realized, which can greatly contribute to miniaturization of a semiconductor device.

【0144】(実施の形態5)次に、本発明をCMOS
FETに応用した実施の形態5について説明する。
(Embodiment 5) Next, the present invention relates to a CMOS.
A fifth embodiment applied to an FET will be described.

【0145】図11(a)に本発明のCMOSFETを
適用したインバータ回路を示す。
FIG. 11A shows an inverter circuit using the CMOSFET of the present invention.

【0146】本発明のインバータ回路は、pMOSFE
TQ10と、nMOSFETQ11を有する。そして、
前記pMOSFETQ10と前記nMOSFETQ11
の各ゲートが接続されて、共通の入力ゲートとされてい
る。そして、前記pMOSFETQ10と前記nMOS
FETQ11の各ドレインは互いに接続され、前記ドレ
インが共通の出力ゲートとされている。そして、前記p
MOSFETQ10のソースには電源電圧Vddが印加さ
れ、前記nMOSFETQ11のソースには接地電圧が
印加されている。
The inverter circuit of the present invention has a pMOSFE
It has a TQ10 and an nMOSFET Q11. And
The pMOSFET Q10 and the nMOSFET Q11
Are connected to form a common input gate. The pMOSFET Q10 and the nMOS
The drains of the FET Q11 are connected to each other, and the drain serves as a common output gate. And the p
The power supply voltage Vdd is applied to the source of the MOSFET Q10, and the ground voltage is applied to the source of the nMOSFET Q11.

【0147】図11(b)に、本発明のCMOSFET
のデバイスの要部断面図を示す。実施の形態5のCMO
SFETにおいては、p+型シリコン基板3の表面、す
なわち、p型単結晶シリコンエピタキシャル層28をシ
ード部として、図3に示されるSPE法により形成され
たp型単結晶シリコンエピタキシャル層33aに、多結
晶シリコン領域1を埋め込んで形成したものである。そ
して、実施の形態2〜4と同様に、前記多結晶シリコン
領域1をゲッタリング領域としても機能させることがで
きるため、CMOSFETの歩留りの向上を図ることが
できる。
FIG. 11B shows a CMOSFET of the present invention.
2 shows a cross-sectional view of a main part of the device of FIG. CMO of Embodiment 5
In the SFET, the surface of the p + -type silicon substrate 3, that is, the p-type single-crystal silicon epitaxial layer 33a formed by the SPE method shown in FIG. It is formed by burying the crystalline silicon region 1. Then, similarly to the second to fourth embodiments, since the polycrystalline silicon region 1 can also function as a gettering region, the yield of the CMOSFET can be improved.

【0148】ところで、実施の形態5のCMOSFET
においては、p+型シリコン基板3の表面、すなわち、
p型単結晶シリコンエピタキシャル層28上に、多結晶
シリコン領域1が複数形成されている。そして、前記複
数の多結晶シリコン領域1を埋め込むようにしてp型単
結晶シリコンエピタキシャル層33aが形成されてい
る。
The CMOSFET of the fifth embodiment
In the above, the surface of the p + type silicon substrate 3, that is,
A plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed on p-type single crystal silicon epitaxial layer 28. Then, a p-type single crystal silicon epitaxial layer 33a is formed so as to bury the plurality of polycrystalline silicon regions 1.

【0149】さらに前記p型単結晶シリコンエピタキシ
ャル層33a内に、Nウエル23,Pウエル20が形成
されており、前記Nウエル23内に、ソース領域または
ドレイン領域として機能するp+型拡散層34a,34
bが形成され、前記Pウエル20内に、ソース領域また
はドレイン領域として機能するn+型拡散層34c,3
4dが形成されている。
Further, an N well 23 and a P well 20 are formed in the p type single crystal silicon epitaxial layer 33a, and a p + type diffusion layer 34a functioning as a source region or a drain region is formed in the N well 23. , 34
b is formed in the P well 20, and n + type diffusion layers 34c, 34c functioning as a source region or a drain region.
4d is formed.

【0150】そして、前記Pウエル20及びNウエル2
3表面にLOCOS酸化膜35が全面的に形成されてい
るので、前記p+型拡散層34a,34bおよびn+型拡
散層34c,34d上に、前記LOCOS酸化膜35の
一部分である、薄いシリコン酸化膜がそれぞれ形成され
ており、前記Pウエル20側及びNウエル23側の前記
シリコン酸化膜上にゲート電極13n,13pがそれぞ
れ形成されている。
Then, the P well 20 and the N well 2
Since the LOCOS oxide film 35 is entirely formed on the surface of the LOCOS oxide film 35, the thin silicon, which is a part of the LOCOS oxide film 35, is formed on the p + -type diffusion layers 34a and 34b and the n + -type Oxide films are formed respectively, and gate electrodes 13n and 13p are formed on the silicon oxide films on the P well 20 side and the N well 23 side, respectively.

【0151】これらのゲート電極は、それぞれ、nMO
SFETにおけるゲート電極13nと、pMOSFET
13pにおけるゲート電極である。そして、前記ゲート
電極13n,13p上に層間絶縁膜24が形成されてお
り、前記金属配線25と前記ゲート電極13n,13b
とをそれぞれ絶縁している。また、前記金属配線25
は、部分的に前記層間絶縁膜24内にも貫通して形成さ
れており、前記金属配線25は前記n+型拡散層13
a,13bおよびp+型拡散層13c,13dとを接続
している。このことにより、MOSFETにおけるソー
ス電極,ドレイン電極を引き出すことができ、pMOS
FET、nMOSFETに流れる電流を金属配線25上
に取り出すことができる。
Each of these gate electrodes has an nMO
Gate electrode 13n in SFET and pMOSFET
13p is the gate electrode. Then, an interlayer insulating film 24 is formed on the gate electrodes 13n and 13p, and the metal wiring 25 and the gate electrodes 13n and 13b are formed.
Are insulated from each other. The metal wiring 25
Is formed partially through the interlayer insulating film 24, and the metal wiring 25 is formed in the n + -type diffusion layer 13.
a, 13b and p + type diffusion layers 13c, 13d. As a result, the source electrode and the drain electrode of the MOSFET can be drawn out, and the pMOS
The current flowing through the FET and the nMOSFET can be taken out on the metal wiring 25.

【0152】次に、実施の形態5のCMOSFETの作
製プロセスについて、図13(a)〜(d)を用いて説
明する。また、実施の形態5においては、多結晶シリコ
ン領域1すなわちゲッタリング層を1層にて形成するも
のとし、実施の形態1〜4と同一の部材については同一
符号にて示し、実施の形態1〜4と同様な部分について
は省略して説明する。
Next, a manufacturing process of the CMOSFET of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment, the polycrystalline silicon region 1, that is, the gettering layer is formed as one layer, and the same members as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals. The description of the same parts as those in Nos. 1 to 4 will be omitted.

【0153】まず、前記p型シリコン基板3(p型単結
晶シリコンエピタキシャル層28)上に、多結晶シリコ
ン領域1を実施の形態1で説明した方法により複数形成
する。この多結晶シリコン領域1の平面レイアウトパタ
ーンは図1(a),(b)に例示するようなパターンを
いずれも適用することができる(図12(a))。
First, a plurality of polycrystalline silicon regions 1 are formed on p-type silicon substrate 3 (p-type single crystal silicon epitaxial layer 28) by the method described in the first embodiment. As the planar layout pattern of the polycrystalline silicon region 1, any of the patterns exemplified in FIGS. 1A and 1B can be applied (FIG. 12A).

【0154】次に、例えば、約1000〜1150℃,
モノシラン,ジシラン,または塩化シランなどを使用し
て常圧CVD法により多結晶シリコン層を形成する。次
いで、SPE法により、前記p型シリコン基板3の表面
におけるp型単結晶シリコンエピタキシャル層28の露
出部をシード部として、単結晶シリコンエピタキシャル
層を形成し、たとえば、ボロンBを打ち込むことによっ
て、前記シリコン酸化膜5上に、p型単結晶シリコンエ
ピタキシャル層33aを形成する。
Next, for example, at about 1000 to 1150 ° C.
A polycrystalline silicon layer is formed by atmospheric pressure CVD using monosilane, disilane, silane chloride, or the like. Next, a single-crystal silicon epitaxial layer is formed by SPE using the exposed portion of the p-type single-crystal silicon epitaxial layer 28 on the surface of the p-type silicon substrate 3 as a seed portion. On the silicon oxide film 5, a p-type single crystal silicon epitaxial layer 33a is formed.

【0155】このとき、図12(b)に示すように、前
記p型単結晶シリコンエピタキシャル層28を薄く形成
しておいて、その上に常圧CVD法により膜厚のp型単
結晶シリコンエピタキシャル層33bを形成する方法
と、図12(c)に示すような全てSPE法でp型単結
晶シリコンエピタキシャル層33aを形成する方法とが
あり、いずれの方法も使用することができる。実施の形
態5における、図12においては、後者の方法を適用し
た場合について例を示している。
At this time, as shown in FIG. 12B, the p-type single-crystal silicon epitaxial layer 28 is formed thin, and a p-type single-crystal silicon epitaxial layer having a film thickness is formed thereon by a normal pressure CVD method. There is a method of forming the layer 33b and a method of forming the p-type single-crystal silicon epitaxial layer 33a by the SPE method as shown in FIG. 12 (c). Either method can be used. FIG. 12 in Embodiment 5 shows an example in which the latter method is applied.

【0156】次に、前記p型単結晶シリコンエピタキシ
ャル層33aの表面に、LOCOS酸化膜35を図に示
すようなパターンで形成し、例えば、リンPを拡散する
ことにより、Nウエル23を形成し、ボロンBを拡散す
ることにより、Pウエル20を形成する。そして、その
後、一般的な方法にて、nMOSFET,pMOSFE
Tにおけるゲート電極13n,13pおよびソース・ド
レイン領域34a〜34dを前記nウエル23,pウエ
ル20内に形成する。さらに、前記ゲート電極13n,
13p上に層間絶縁膜24,金属配線25を、一般的な
方法にて形成することにより、nMOSFET,pMO
SFETが形成されることで、基本的なCMOSFET
構造が形成される。(図12(d)) 以上説明したように、本発明のCMOSFETの作製プ
ロセスは、SPE法の特質を利用して、半導体基板その
ものをシード部として前記SPE法を行うことができる
ため、プロセスを増加させずにを容易に実施することが
できる。また、本発明のCMOSFETにおいては、特
に、プロセスに依存させることなく、半導体基板表面近
傍にゲッタリング層を形成することができるため、安定
したゲッタリング効果を得ることができる。したがっ
て、本発明のCMOSFETによれば、低温プロセスを
採用することができ、素子の微細化に対応することがで
きる。さらに、ゲート電極として、トレンチゲート構造
を採用すれば、さらに素子の微細化に対応しうるデバイ
スを実現することができ、半導体装置の小型化に大いに
寄与することができる。
Next, an LOCOS oxide film 35 is formed on the surface of the p-type single-crystal silicon epitaxial layer 33a in a pattern as shown in the figure, and, for example, phosphorus P is diffused to form an N well 23. Then, a P well 20 is formed by diffusing boron B. Then, the nMOSFET and the pMOSFE are formed by a general method.
Gate electrodes 13n and 13p and source / drain regions 34a to 34d at T are formed in the n-well 23 and the p-well 20. Further, the gate electrode 13n,
By forming the interlayer insulating film 24 and the metal wiring 25 on the 13p by a general method, the nMOSFET, the pMO
By forming SFET, basic CMOSFET
A structure is formed. (FIG. 12D) As described above, the manufacturing process of the CMOSFET of the present invention can be performed by using the characteristics of the SPE method and performing the SPE method using the semiconductor substrate itself as a seed portion. Can be easily implemented without an increase. Further, in the CMOSFET of the present invention, a gettering layer can be formed in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate without depending on a process, so that a stable gettering effect can be obtained. Therefore, according to the CMOSFET of the present invention, a low-temperature process can be adopted, and it is possible to cope with miniaturization of elements. Further, by adopting a trench gate structure as a gate electrode, a device which can further cope with miniaturization of elements can be realized, which can greatly contribute to miniaturization of a semiconductor device.

【0157】また、この例においては、多結晶シリコン
領域はゲッタリング領域として働き、CMOSFETの
歩留り向上が期待できる。
Further, in this example, the polycrystalline silicon region functions as a gettering region, and an improvement in the yield of the CMOSFET can be expected.

【0158】以上実施の形態1〜5について説明してき
たが、前記多結晶シリコン領域のレイアウトパターンと
して、多結晶シリコン領域1層のデバイスについて例を
挙げて説明してきたが、多結晶シリコン領域を複数層設
けることも、前述したように可能である。その場合、図
3に示される(a)〜(d)のプロセスを、前記多結晶
シリコン領域の数だけ繰り返し行えば良い。
Although the first to fifth embodiments have been described above, an example of a device having one polycrystalline silicon region has been described as a layout pattern of the polycrystalline silicon region. Layering is also possible as described above. In this case, the processes (a) to (d) shown in FIG. 3 may be repeated as many times as the number of the polycrystalline silicon regions.

【0159】[0159]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の平面レイアウトパターン
を表わす図である。
FIG. 1 is a diagram showing a planar layout pattern of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の断面構造を示す要部概略
図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a main part showing a cross-sectional structure of a semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明の半導体装置における多結晶シリコン領
域の形成プロセスを表わす図である。
FIG. 3 is a view illustrating a process of forming a polycrystalline silicon region in the semiconductor device of the present invention.

【図4】イントリシックゲッタリングを説明するための
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining intrinsic gettering;

【図5】実施の形態2のサイリスタの回路図(a)と、
サイリスタの断面構造を示す要部概略図(b)である。
FIG. 5A is a circuit diagram of a thyristor according to a second embodiment;
It is a principal part schematic diagram (b) which shows the cross-section of a thyristor.

【図6】実施の形態2のサイリスタの作製プロセスを表
わす図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the thyristor according to the second embodiment.

【図7】実施の形態3のIGBTの回路図(b)と、I
GBTの断面構造を示す要部概略図(b)である。
FIG. 7 is a circuit diagram (b) of the IGBT according to the third embodiment, and FIG.
It is a principal part schematic diagram (b) which shows the cross-section of GBT.

【図8】実施の形態3のIGBTの作製プロセスを表わ
す第1の図である。
FIG. 8 is a first diagram showing a manufacturing process of the IGBT of the third embodiment.

【図9】実施の形態3のIGBTの作製プロセスを表わ
す第2の図である。
FIG. 9 is a second diagram showing a manufacturing process of the IGBT of the third embodiment.

【図10】実施の形態4のトレンチゲート型IGBTの
断面構造を示す要部概略図である。
FIG. 10 is a main part schematic diagram showing a cross-sectional structure of a trench gate IGBT according to a fourth embodiment.

【図11】実施の形態5のCMOSFETを適用したイ
ンバータ回路の回路図(a)と、実施の形態5のCMO
SFETの断面構造を示す要部概略図(b)である。
FIG. 11A is a circuit diagram of an inverter circuit to which a CMOSFET according to a fifth embodiment is applied, and FIG.
FIG. 3B is a schematic diagram (b) of a main part showing a cross-sectional structure of the SFET.

【図12】実施の形態5のCMOSFETの作製プロセ
スを表わす図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a manufacturing process of the CMOSFET according to the fifth embodiment;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多結晶シリコン領域 2 単結晶シリコン領域 3 p+型シリコン基板 4,40 多結晶シリコン層 5,50,54,55,56 シリコン酸化膜 6 結晶欠陥領域 7 結晶無欠陥領域 11 n型単結晶シリコンエピタキシャル層 12a SPE法により形成したn型単結晶シリコ
ンエピタキシャル層 12b 常圧CVD法により形成したn型単結晶シ
リコンエピタキシャル 13 ゲート電極 14 カソード電極 15 アノード電極 20 PWELL 21 多結晶シリコンゲート電極 22 ソース領域 23 NWELL 24 層間絶縁膜 25 金属配線 26 カソード領域 27 ゲート領域 28 p+型単結晶シリコンエピタキシャル層 29 p型ボディ層(エミッタ) 30 トレンチ 31a,b 種結晶部分(シード部分) 32 アモルファスシリコン 33a SPE法により形成したp型単結晶シリコ
ンエピタキシャル層 33b 常圧CVD法により形成したn型単結晶シ
リコンエピタキシャル層 34a,b ソース,ドレイン層 35 LOCOS酸化膜
Reference Signs List 1 polycrystalline silicon region 2 single crystal silicon region 3 p + type silicon substrate 4, 40 polycrystalline silicon layer 5, 50, 54, 55, 56 silicon oxide film 6 crystal defect region 7 crystal defect-free region 11 n-type single crystal silicon Epitaxial layer 12a N-type single crystal silicon epitaxial layer formed by SPE method 12b N-type single crystal silicon epitaxial formed by normal pressure CVD method 13 Gate electrode 14 Cathode electrode 15 Anode electrode 20 PWELL 21 Polycrystalline silicon gate electrode 22 Source region 23 NWELL 24 interlayer insulating film 25 a metal interconnection 26 cathode region 27 gate region 28 p + -type single crystal silicon epitaxial layer 29 p-type body layer (emitter) 30 trench 31a, b seed crystal part (seed portion) 32 amorphous silicon 33 n-type is formed by p-type single crystal silicon epitaxial layer 33b atmospheric pressure CVD method was formed by SPE method single crystal silicon epitaxial layer 34a, b source, drain layer 35 LOCOS oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 H01L 29/78 658H 21/336 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/78 H01L 29/78 658H 21/336

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された第1の単結晶
シリコン層上に、所定のパターンで部分的に存在する多
結晶シリコン層および前記多結晶シリコン層を埋め込ん
で形成された第2の単結晶シリコン層を含むことを特徴
とする半導体装置。
1. A polycrystalline silicon layer partially present in a predetermined pattern on a first monocrystalline silicon layer formed on a semiconductor substrate and a second polycrystalline silicon layer formed by embedding the polycrystalline silicon layer. A semiconductor device including a single crystal silicon layer.
JP9094894A 1997-03-28 1997-03-28 Semiconductor device Pending JPH10275812A (en)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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