JPS63177546A - Semiconductor device - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
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- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
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- H10B12/038—Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
この発明は、半導体基板の主表面に溝を形成し、この溝
内に半導体素子あるいは素子分離領域を形成するトレン
チ型の半導体装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a trench-type method in which a groove is formed in the main surface of a semiconductor substrate, and a semiconductor element or an element isolation region is formed in the groove. Related to semiconductor devices.
(従来の技術)
従来、この種の半導体装置においては、(100)面を
主表面としく110)面をオリエンテーションフラット
としたシリコンウェハーを用い、このオリエンテーショ
ンフラットに平行または垂直な面を側壁とする溝を形成
し、熱処理を行なって酸化膜を形成した後、上記溝内に
MOSトランジスタ、容量素子、および高抵抗素子等の
半導体素子、あるいは素子分離領域を形成している。上
記オリエンテーションフラットに平行または垂直な面を
用いていたのは、これがパターンレイアウト的に集積度
を上げやすいこと、コンピュータ(ディジタイザ)によ
る座標入力処理が容易なこと等のためである。(Prior Art) Conventionally, in this type of semiconductor device, a silicon wafer is used in which the (100) plane is the main surface and the 110) plane is the orientation flat, and the plane parallel or perpendicular to the orientation flat is used as the side wall. After forming a groove and performing heat treatment to form an oxide film, semiconductor elements such as a MOS transistor, a capacitor element, and a high resistance element, or an element isolation region are formed in the groove. The reason why a plane parallel or perpendicular to the orientation flat is used is that it is easy to increase the degree of integration in terms of pattern layout, and it is easy to input coordinates by a computer (digitizer).
しかし、上記のような製造方法では、パターンレイアウ
ト及びコンピュータによる座標入力処理は容易であるも
のの、半導体素子や素子分離領域を形成するために用い
られている溝の露出表面が溝の底部では(100)の結
晶面を有するのに対し、この底部に垂直な側壁では(1
10)の結晶面となっていることから、下記のような問
題があった。However, in the manufacturing method described above, although pattern layout and coordinate input processing by a computer are easy, the exposed surface of the trench used to form the semiconductor element and element isolation region is ), while the sidewall perpendicular to this bottom has a crystal plane of (1
10), there were the following problems.
第1の問題は、シリコンと絶縁II(例えばシリコン酸
化膜)との界面に発生する十の固定電荷が(110)面
では(100)面よりも多いことに起因するもので、こ
の問題を第2図(a)に示す0MO8構造について説明
すれば次の通りである。The first problem is due to the fact that there are more fixed charges generated on the (110) plane than on the (100) plane at the interface between silicon and insulation II (for example, silicon oxide film). The 0MO8 structure shown in FIG. 2(a) will be explained as follows.
第2図(a)において、1はN型のシリコン基板、2は
P型のウェル領域、3は溝内に形成された素子分離領域
(シリコン酸化膜)、4はNチャネル型のMoSトラン
ジスタ、5はPチャネル形のMOSトランジスタをそれ
ぞれ示している。しかし、この構成は第2図(b)に示
すようにシリコン酸化膜3とPウェル領域2との界面に
上記子の固定電荷が多量に発生する。この結果、図中一
点鎖線で示すようにPウェル領域2には電子の蓄積によ
る反転層が形成され易い。このため、上記反転層を通し
て図中矢印で示すリーク電流が流れることになり、この
リーク電流がトリがとなってラッチアップが発生する。In FIG. 2(a), 1 is an N-type silicon substrate, 2 is a P-type well region, 3 is an element isolation region (silicon oxide film) formed in the trench, 4 is an N-channel type MoS transistor, Reference numeral 5 indicates a P-channel type MOS transistor. However, in this structure, a large amount of fixed charges are generated at the interface between the silicon oxide film 3 and the P well region 2, as shown in FIG. 2(b). As a result, an inversion layer due to accumulation of electrons is likely to be formed in the P-well region 2, as shown by the dashed line in the figure. For this reason, a leakage current shown by an arrow in the figure flows through the inversion layer, and this leakage current becomes a trigger, causing latch-up.
なお、P型のシリコン基板を用いた通常(単一チャネル
型)のMO8型半導体装置の場合にも、上述したように
溝内に形成したシリコン酸化膜を用いて素子分離を行な
えば同様の電流リークを生ずることになる。Note that even in the case of a normal (single channel type) MO8 type semiconductor device using a P-type silicon substrate, a similar current can be achieved if element isolation is performed using a silicon oxide film formed in the trench as described above. This will cause a leak.
第2の問題は、シリコン基板の表面を熱酸化する場合の
酸化速度が(110)面では(100)面よりも速いこ
とに起因する。この問題を第3図(aンに示す客車素子
(トレンチ型キャパシタ)について説明すると次のよう
になる。第3図(a)はダイナミック型半導体記憶装置
のメモリセルを示しており、11はP型シリコン基板、
12はフィールド酸化膜、13はシリコン酸化膜、14
はキャパシタの一方の電極となる導電層(例えば不純物
を注入した多結晶シリコン層)、15はキャパシタの他
方の電極となるN+型の拡散層、16は転送用のNチャ
ネル型MOSトランジスタである。このようなトレンチ
型キャパシタを有するメモリセルを形成する場合、上述
したように(100)面と(110)面で酸化速度が異
なることから、第3図(b)に誇張して示すように溝内
の表面を覆うシリコン酸化膜(熱酸化膜)13は底部で
薄くなり、垂直な側壁で厚くなって膜厚が不均一になる
。この結果、図中丸印を付した部分Xで耐圧が低下する
という問題を生ずる。The second problem is caused by the fact that when thermally oxidizing the surface of a silicon substrate, the oxidation rate is faster on the (110) plane than on the (100) plane. This problem can be explained for the passenger car element (trench type capacitor) shown in FIG. 3 (a) as follows. FIG. mold silicon substrate,
12 is a field oxide film, 13 is a silicon oxide film, 14
15 is an N+ type diffusion layer that is the other electrode of the capacitor; 16 is an N-channel MOS transistor for transfer. When forming a memory cell having such a trench type capacitor, since the oxidation rate is different between the (100) plane and the (110) plane as described above, the trench type capacitor is The silicon oxide film (thermal oxide film) 13 covering the inner surface becomes thinner at the bottom and thicker at the vertical sidewalls, resulting in non-uniform film thickness. As a result, a problem arises in that the withstand voltage decreases at the portion X marked with a circle in the figure.
なお、上記第1及び第2のいずれの問題についても、従
来はほとんど問題にされることはなかった。これは、上
記の問題自体が一段と高集積化が進展した極く最近にな
って初めて認識されるようになったことによるものであ
る。また、溝を利用することによる高集積化の利点の方
が著しく大きかったし、前述したようにマスク作成上の
便宜が大前提とされていたことも上記問題についてほと
んど留意されなかった大きな理由である。Incidentally, neither the first nor the second problem has been considered a problem in the past. This is because the above-mentioned problem itself has only recently been recognized as the integration has progressed further. In addition, the advantage of higher integration through the use of grooves was significantly greater, and as mentioned above, convenience in mask creation was a major premise, which was a major reason why little attention was paid to the above problem. be.
(発明が解決しようとする問題点)
上述したように従来のトレンチ型半導体装置では、溝の
底部と側壁とで結晶面が相違することに起因して電流リ
ークあるいは耐圧低下等の問題が生ずる欠点があった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventional trench type semiconductor devices have the disadvantage that problems such as current leakage and reduction in breakdown voltage occur due to the difference in crystal plane between the bottom and sidewalls of the trench. was there.
この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、シリコン基板の主表面に対
して垂直な側壁を有する溝を半導体素子の形成や素子分
離等に利用して高集積化を図るトレンチ型の半導体装置
において、上記溝の底部と側壁とで結晶面が相違するこ
とにより生ずる問題、即ち電流リークあるいは耐圧劣化
等の問題を回避できる半導体装置を提供することである
。This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to utilize grooves having sidewalls perpendicular to the main surface of a silicon substrate for forming semiconductor elements, isolating elements, etc. To provide a trench type semiconductor device which aims to achieve high integration by avoiding problems caused by different crystal planes between the bottom and sidewalls of the trench, such as current leakage and breakdown voltage deterioration. be.
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段と作用)即ち、この発明
においては、上記の目的を達成するために、(100)
面を主表面、(100)面をオリエンテーションフラッ
トとしたシリコンウェハーを用い、前記主表面に対して
垂直で且つ前記オリエンテーションフラット面に対して
平行または垂直な側壁を持った溝を形成し、この溝内に
素子分離領域を形成、あるいは前記溝内を覆うように熱
酸化膜を形成した後、この溝内に溝の側壁をチャネル領
域としたMOSトランジスタ、容量素子、若しくは高抵
抗素子等の半導体素子を形成するようにしている。[Structure of the invention] (Means and effects for solving the problem) In other words, in this invention, in order to achieve the above object, (100)
Using a silicon wafer with a main surface and a (100) plane as an orientation flat, a groove is formed with side walls perpendicular to the main surface and parallel or perpendicular to the orientation flat surface. After forming an element isolation region within the groove or forming a thermal oxide film to cover the inside of the groove, a semiconductor element such as a MOS transistor, a capacitor element, or a high-resistance element is placed in the groove with the sidewall of the groove as a channel region. We are trying to form a
こうすることにより、溝の底部と側壁との結晶面が共に
(100)面であるので、結晶面の相違による問題を回
避できるとともに、固定電荷の多い(110)面を用い
ないので前記固定電荷による問題をも回避できる。By doing this, since the crystal planes of the bottom and sidewalls of the groove are both (100) planes, problems caused by differences in crystal planes can be avoided, and since the (110) plane, which has a large number of fixed charges, is not used, the fixed charges can be reduced. It is also possible to avoid problems caused by
(実施例)
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第1図(a)〜(f)は、この発明を容量素子(
トレンチ型キャパシタ)に適用した場合の製造工程を順
次水している。まず、(a)図に示すように(100)
の結晶面を主表面とし、且つ(100)の結晶面にオリ
エンテーションフラット22を形成したP型シリコンウ
ェハー(シリコン基板)21の表面に選択的にフィール
ド酸化膜を形成する。続いてレジストパターンをマスク
として選択的にRIEを施し、素子領域に容量素子を形
成するための溝23を形成する。この際、溝23の平面
形状は矩形とし、且つオリエンテーションフラット22
に対して平行または垂直な方向に形成する。この結果、
上記溝23の側壁(主表面に対して垂直)は、(b)図
に示すように全て(100)の結晶面を有している。ま
た、シリコン基板21の主表面に平行な溝底は当然(1
00)の結晶面を有しているので、溝23を形成する溝
壁は全て(100)の結晶面となる。なお、(a)図に
おける溝23はその方向を示すだけの目的で記載してあ
り、実際の大きさとは全く異なっている。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1(a) to (f) show that the present invention is applied to a capacitive element (
The manufacturing process when applied to trench type capacitors is being sequentially performed. First, (a) as shown in figure (100)
A field oxide film is selectively formed on the surface of a P-type silicon wafer (silicon substrate) 21 having the (100) crystal plane as its main surface and an orientation flat 22 formed on the (100) crystal plane. Subsequently, RIE is selectively performed using the resist pattern as a mask to form a groove 23 for forming a capacitive element in the element region. At this time, the planar shape of the groove 23 is rectangular, and the orientation flat 22
formed in a direction parallel or perpendicular to. As a result,
The side walls (perpendicular to the main surface) of the groove 23 all have (100) crystal planes, as shown in FIG. Moreover, the groove bottom parallel to the main surface of the silicon substrate 21 is naturally (1
Since it has a (00) crystal plane, all the groove walls forming the groove 23 have a (100) crystal plane. Note that the groove 23 in the figure (a) is shown only for the purpose of showing its direction, and is completely different from its actual size.
このようにして容量素子のための溝23が形成された素
子領域の断面構成図を(C)図に示す。A cross-sectional configuration diagram of the element region in which the groove 23 for the capacitive element is formed in this manner is shown in FIG.
次に、CVD法を用いて(d)図に示すように膜厚が約
3000人のPSG膜(燐添加シリコン酸化膜)25を
全面に堆積形成し、1000℃で10分間アニールする
。これによって、PSG膜25からシリコン基板21中
に燐を熱拡散し、N+型不純物領域26を形成する。Next, a PSG film (phosphorus-doped silicon oxide film) 25 having a thickness of about 3,000 thick is deposited on the entire surface using the CVD method, as shown in FIG. As a result, phosphorus is thermally diffused from the PSG film 25 into the silicon substrate 21 to form an N+ type impurity region 26.
次いで、上記PSG膜25を剥離し、シリコン基板21
表面を熱酸化して膜厚が約100人の熱酸化膜27を形
成する。続いてCVD法により膜厚が約3500人の多
結晶シリコン層28を堆積形成し、900℃の温度で3
0分間の燐拡散を行なった後、再び全面にCVD法によ
る多結晶シリコン@29を堆積形成して溝23の穴埋め
を行ない、(e)図の構造を得る。Next, the PSG film 25 is peeled off, and the silicon substrate 21 is removed.
The surface is thermally oxidized to form a thermal oxide film 27 having a thickness of approximately 100 mm. Subsequently, a polycrystalline silicon layer 28 having a thickness of about 3,500 wafers is deposited by the CVD method, and the polycrystalline silicon layer 28 is deposited at a temperature of 900°C.
After 0 minutes of phosphorus diffusion, polycrystalline silicon@29 is again deposited on the entire surface by the CVD method to fill in the grooves 23, thereby obtaining the structure shown in FIG. 3(e).
その後、RIEにより熱酸化1I27及び多結晶シリコ
ン層28.29の不要部分を除去することにより(f)
図に示すようにN+型不純物領域26及び多結晶シリコ
ン層28をそれぞれ電極とし、熱酸化膜27を誘電体と
した容量素子が形成される。After that, by removing unnecessary portions of thermal oxidation 1I27 and polycrystalline silicon layers 28 and 29 by RIE (f)
As shown in the figure, a capacitive element is formed using the N+ type impurity region 26 and the polycrystalline silicon layer 28 as electrodes, and the thermal oxide film 27 as a dielectric.
上記実施例により形成された容量素子においては、溝2
3の側壁が全て(100)の結晶面を有しているため、
熱酸化膜27が均一な膜厚で形成される。従って、酸化
膜27の膜厚が不均一であることによる耐圧の劣化とい
った問題は発生せず、優れた特性を得ることができる。In the capacitive element formed according to the above embodiment, the groove 2
Since all the side walls of 3 have (100) crystal planes,
A thermal oxide film 27 is formed with a uniform thickness. Therefore, problems such as deterioration of breakdown voltage due to non-uniform thickness of the oxide film 27 do not occur, and excellent characteristics can be obtained.
なお、上記実施例は、この発明を容量素子に適用した例
であるが、0MO8におけるウェル領域の分離あるいは
素子分離領域の形成、溝内の熱酸化膜上への高抵抗素子
の形成、更には溝の側壁をチャネル領域としたMOSト
ランジスタの形成にこの発明を適用すれば、絶縁膜との
界面で発生する固定電荷に起因した電流リークを抑制で
きる効果が得られることは更に説明するまでもなく明ら
かである。Note that the above embodiment is an example in which the present invention is applied to a capacitive element, but it is also possible to separate a well region in 0MO8 or form an element isolation region, form a high resistance element on a thermal oxide film in a trench, and furthermore, It goes without further explanation that if this invention is applied to the formation of a MOS transistor in which the sidewalls of the trench are used as channel regions, the effect of suppressing current leakage caused by fixed charges generated at the interface with the insulating film can be obtained. it is obvious.
[発明の効果]
以上説明したようにこの発明によ、れば、シリコン基板
の主表面に対して垂直な側壁を有する溝を半導体素子の
形成や素子分離等に利用して高集積化を図るトレンチ型
の半導体装置において、上記溝の底部と側壁とで結晶面
が相違することによって生ずる問題、即ち電流リークあ
るいは耐圧劣化等の問題を回避できる半導体装置が得ら
れる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, high integration can be achieved by utilizing trenches having sidewalls perpendicular to the main surface of a silicon substrate for forming semiconductor elements, separating elements, etc. In a trench-type semiconductor device, it is possible to obtain a semiconductor device that can avoid problems caused by the difference in crystal plane between the bottom and sidewalls of the trench, such as current leakage and breakdown voltage deterioration.
第1図はこの発明の一実施例に係わる半導体装置につい
て説明するための図、第2図および゛第3図はそれぞれ
従来の半導体装置について説明するための断面図である
。
21・・・P型シリコンウェハー、22・・・オリエン
テーションフラット、23・・・溝、24・・・フィー
ルド酸化膜、25・・・PSGI1126・・・N“型
不純物領域、27・・・熱酸化膜、28.29・・・多
結晶シリコン層。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
第1図
Q 0
−ノ
−一一ハ ^FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are sectional views for explaining a conventional semiconductor device, respectively. 21... P type silicon wafer, 22... Orientation flat, 23... Groove, 24... Field oxide film, 25... PSGI1126... N" type impurity region, 27... Thermal oxidation Film, 28.29...polycrystalline silicon layer. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Q 0 -ノ
-11ha ^
Claims (4)
ンテーションフラットを形成したシリコンウェハーと、
このシリコンウェハーの主表面に形成されこの主表面に
対して垂直で且つ前記オリエンテーションフラットに平
行な側壁を有する溝と、この溝内に形成される素子分離
領域、あるいは上記溝の側壁および底部に沿つて形成さ
れる熱酸化膜を有する半導体素子とを具備することを特
徴とする半導体装置。(1) A silicon wafer with the (100) plane as the main surface and an orientation flat formed on the (100) plane;
A groove formed in the main surface of the silicon wafer and having sidewalls perpendicular to the main surface and parallel to the orientation flat, and an element isolation region formed in the groove, or along the sidewalls and bottom of the groove. What is claimed is: 1. A semiconductor device comprising: a semiconductor element having a thermally oxidized film formed thereon;
ル領域を有するMOSトランジスタであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。(2) The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is a MOS transistor having a channel region along the sidewall of the trench.
酸化膜を誘電体とするキャパシタであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。(3) The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is a capacitor whose dielectric is a thermal oxide film formed on the side wall of the trench.
酸化膜を介してこの溝内に形成された高抵抗素子である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装
置。(4) The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is a high resistance element formed in the groove via a thermal oxide film formed on the sidewall of the groove. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62009293A JPS63177546A (en) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62009293A JPS63177546A (en) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63177546A true JPS63177546A (en) | 1988-07-21 |
Family
ID=11716426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62009293A Pending JPS63177546A (en) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63177546A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01122114A (en) * | 1987-11-05 | 1989-05-15 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device, wafer for the same device and manufacture thereof |
WO2001024246A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Infineon Technologies North America Corp. | Method of thermally growing a silicon dioxide layer of substantially uniform thickness in a trench |
-
1987
- 1987-01-19 JP JP62009293A patent/JPS63177546A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01122114A (en) * | 1987-11-05 | 1989-05-15 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device, wafer for the same device and manufacture thereof |
WO2001024246A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Infineon Technologies North America Corp. | Method of thermally growing a silicon dioxide layer of substantially uniform thickness in a trench |
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