JP4972917B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、素子分離トレンチにより取り囲まれたSOI(Silicon On Insulator)層からなる素子領域に、トレンチゲートを有するMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタの各セルが、分散して配置されてなる半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which each cell of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor having a trench gate is dispersedly arranged in an element region including an SOI (Silicon On Insulator) layer surrounded by an element isolation trench, and It relates to the manufacturing method.
素子分離トレンチにより取り囲まれたSOI層からなる素子領域内に、MOSトランジスタの各セルが配置されてなる半導体装置が、例えば、特開平8−213604号公報(特許文献1)と特開平10−313064号公報(特許文献2)に開示されている。特許文献1,2で開示された半導体装置におけるMOSトランジスタは、いずれも、平面ゲート構造の横型MOSトランジスタ(LDMOS、Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor)である。
A semiconductor device in which each cell of a MOS transistor is arranged in an element region formed of an SOI layer surrounded by an element isolation trench is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-213604 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 10-313064. (Patent Document 2). The MOS transistors in the semiconductor devices disclosed in
一方、素子分離トレンチにより取り囲まれたSOI層からなる素子領域では、一般的に、素子分離トレンチの周辺において結晶欠陥が発生し易いことが知られている。結晶欠陥が存在する領域にMOSトランジスタを形成すると、当該半導体装置の特性がリーク等によって劣化すると共に、当該半導体装置の信頼性が低下する。 On the other hand, it is generally known that crystal defects are likely to occur around the element isolation trench in the element region formed of the SOI layer surrounded by the element isolation trench. When a MOS transistor is formed in a region where crystal defects exist, the characteristics of the semiconductor device deteriorate due to leakage or the like, and the reliability of the semiconductor device decreases.
このため、上記した素子分離トレンチに起因した結晶欠陥の発生を抑制する方法が、例えば、特開2002−33382号公報(特許文献3)に開示されている。特許文献3に開示された半導体装置の製造方法によれば、素子領域を取り囲む素子分離トレンチの外側を非デバイス形成領域とし、当該非デバイス形成領域に高濃度のイオン注入を行う。これによって、その後のLOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化時の増速酸化によって大きな応力を生じさせ、当該非デバイス形成領域に優先的に結晶欠陥を発生させて、デバイスを形成する素子分離トレンチにより取り囲まれた素子領域での欠陥発生を抑制している。
上記特許文献3に開示された素子分離トレンチに起因する結晶欠陥の抑制方法は、素子領域での結晶欠陥発生を抑制できるものの、LOCOS酸化に伴う応力が素子分離トレンチ近傍の素子領域に残存することは避けられない。 Although the method for suppressing crystal defects caused by the element isolation trench disclosed in Patent Document 3 can suppress the generation of crystal defects in the element region , the stress accompanying LOCOS oxidation remains in the element region near the element isolation trench. Is inevitable.
上記のように、素子分離トレンチ近傍の素子領域に大きな残留応力が存在すると、LOCOS酸化以降の製造工程において、この残留応力が依然として結晶欠陥の発生要因となる。特に、素子領域にトレンチゲート構造のMOSトランジスタを形成する場合には、上記LOCOS酸化時の残留応力とトレンチゲート形成時の応力が相関して、結晶欠陥の発生に繋がり易いと考えられる。 As described above, when a large residual stress exists in the element region in the vicinity of the element isolation trench, this residual stress still causes a crystal defect in the manufacturing process after the LOCOS oxidation. In particular, when a MOS transistor having a trench gate structure is formed in the element region , it is considered that the residual stress at the time of LOCOS oxidation correlates with the stress at the time of forming the trench gate, and is likely to cause crystal defects.
そこで本発明は、素子分離トレンチにより取り囲まれたSOI層からなる素子領域に、トレンチゲートを有するMOSトランジスタの各セルが、分散して配置されてなる半導体装置であって、結晶欠陥でのリーク等による特性劣化が抑制され、高い信頼性を有する半導体装置およびその製造方法を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention provides a semiconductor device in which each cell of a MOS transistor having a trench gate is dispersedly arranged in an element region formed of an SOI layer surrounded by an element isolation trench, and leaks due to crystal defects, etc. An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing the same, in which the characteristic deterioration due to the above is suppressed.
請求項1に記載の発明は、素子分離トレンチにより取り囲まれたSOI層からなる素子領域が、前記素子分離トレンチに隣接する外殻領域と、前記外殻領域の内側の内部領域に区分され、トレンチゲートを有するMOSトランジスタの各セルが、前記内部領域に分散して配置され、前記素子分離トレンチより浅いダミーゲートトレンチが、前記外殻領域に分散して配置されてなる半導体装置であって、前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上、5.6μm以下の範囲にあり、前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上で、4.4μm以下の場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから30μm以上の距離にあり、前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、4.4μmより大きく、5.6μm以下である場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから38μm以上の距離にあることを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, an element region formed of an SOI layer surrounded by an element isolation trench is divided into an outer shell region adjacent to the element isolation trench and an inner region inside the outer shell region. Each cell of a MOS transistor having a gate is distributed in the inner region, and a dummy gate trench shallower than the element isolation trench is distributed in the outer shell region, the semiconductor device comprising: When the arrangement pitch of the dummy gate trench is in the range of 3.1 μm or more and 5.6 μm or less, and the arrangement pitch of the dummy gate trench is 3.1 μm or more and 4.4 μm or less, the outer shell region And the inner region is at a distance of 30 μm or more from the element isolation trench, and the arrangement pitch of the dummy gate trench is larger than 4.4 μm. When 5.6μm or less, the boundary of the outer shell region and an inner region, is characterized in that from the isolation trenches at a distance of more than 38 [mu] m.
当該半導体装置においては、ダミーゲートトレンチが分散して配置された外殻領域を、結晶欠陥を積極的に発生させる領域として利用することができる。すなわち、素子分離トレンチ形成時の残留応力とダミーゲートトレンチ形成時の残留応力を相関させて、外殻領域に多量の結晶欠陥を発生させることができる。この結晶欠陥の積極的な発生によって、当該半導体装置では、素子分離トレンチの形成に伴って発生した外殻領域における残留応力を緩和することができる。これによって、MOSトランジスタの各セルが分散して配置される内部領域において、結晶欠陥の発生が、次の条件下で抑制される。
素子分離トレンチに付随した残留応力の存在する外殻領域において、ダミーゲートトレンチの配置ピッチと結晶欠陥の発生個数を調査したところ、ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上、5.6μm以下の範囲において、内部領域での結晶欠陥の発生を抑制できることが判明した。ダミーゲートトレンチの配置ピッチが5.6μmより大きい場合は、素子分離トレンチに付随した残留応力の緩和効果が小さいため、結晶欠陥の発生個数は全体的に低減するものの、素子分離トレンチから遠い距離まで発生領域が延びて内部領域まで及ぶ。一方、ダミーゲートトレンチの配置ピッチが3.1μmより小さい場合は、ダミーゲートトレンチ自体による結晶欠陥が発生し、素子分離トレンチから遠い距離まで結晶欠陥の発生領域が延びると共に、発生個数も全体的に増大する。
上記調査結果に基づき、当該半導体装置においては、ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上で、4.4μm以下の場合には、外殻領域と内部領域の境界が、素子分離トレンチから30μm以上の距離にあり、ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、4.4μmより大きく、5.6μm以下である場合には、外殻領域と内部領域の境界が、素子分離トレンチから38μm以上の距離にある構成としている。これによって、結晶欠陥の発生を、確実に抑制することができる。
In the semiconductor device, the outer shell region in which the dummy gate trenches are dispersed can be used as a region for actively generating crystal defects. That is, a large amount of crystal defects can be generated in the outer shell region by correlating the residual stress when the element isolation trench is formed with the residual stress when the dummy gate trench is formed. By virtue of the active generation of crystal defects, the semiconductor device can relieve the residual stress in the outer shell region that is generated along with the formation of the element isolation trench. As a result, the occurrence of crystal defects is suppressed under the following conditions in the internal region where the cells of the MOS transistor are distributed and arranged.
When the arrangement pitch of the dummy gate trench and the number of crystal defects generated in the outer shell region where the residual stress accompanying the element isolation trench exists, the arrangement pitch of the dummy gate trench is 3.1 μm or more and 5.6 μm or less. It was found that the generation of crystal defects in the inner region can be suppressed within the range of. When the arrangement pitch of the dummy gate trenches is larger than 5.6 μm, since the effect of mitigating the residual stress accompanying the element isolation trench is small, the number of crystal defects generated is reduced as a whole, but the distance from the element isolation trench is far away. The generation area extends to the inner area. On the other hand, when the arrangement pitch of the dummy gate trenches is smaller than 3.1 μm, crystal defects are generated due to the dummy gate trenches themselves, the crystal defect generation region extends to a distance far from the element isolation trench, and the number of generations is also increased as a whole. Increase.
Based on the above investigation results, in the semiconductor device, when the arrangement pitch of the dummy gate trenches is 3.1 μm or more and 4.4 μm or less, the boundary between the outer shell region and the inner region is 30 μm from the element isolation trench. When the above-mentioned distance is set and the arrangement pitch of the dummy gate trenches is larger than 4.4 μm and smaller than 5.6 μm, the boundary between the outer shell region and the inner region is at a distance of 38 μm or more from the element isolation trench. It is configured. Thereby, generation | occurrence | production of a crystal defect can be suppressed reliably.
以上のようにして、当該半導体装置は、トレンチゲートを有するMOSトランジスタの各セルが、分散して配置されてなる半導体装置であって、結晶欠陥でのリーク等による特性劣化が抑制され、高い信頼性を有する半導体装置とすることができる。 As described above, the semiconductor device is a semiconductor device in which each cell of the MOS transistor having the trench gate is arranged in a distributed manner, and deterioration in characteristics due to leakage at a crystal defect or the like is suppressed, and high reliability is achieved. It can be set as the semiconductor device which has property.
請求項2に記載のように、上記半導体装置においては、前記ダミーゲートトレンチの深さが、前記トレンチゲートと同じ深さであることが好ましい。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device, the depth of the dummy gate trench is preferably the same depth as the trench gate.
これによって、後述するように、同一のトレンチ形成工程を用いて、トレンチゲートとダミーゲートトレンチを同時形成することができる。従って、ダミーゲートトレンチの形成によるコストアップもないため、安価な半導体装置とすることができる。 Thus, as will be described later, the trench gate and the dummy gate trench can be formed simultaneously using the same trench formation step. Accordingly, there is no increase in cost due to the formation of the dummy gate trench, so that an inexpensive semiconductor device can be obtained.
請求項3に記載のように、上記半導体装置は、前記素子分離トレンチ上に、LOCOSが形成されてなる場合に好適である。 According to a third aspect of the present invention, the semiconductor device is suitable when a LOCOS is formed on the element isolation trench.
当該半導体装置においては、LOCOS酸化時の大きな残留応力とダミーゲートトレンチ形成時の残留応力を相関させて、外殻領域に多量の結晶欠陥を発生させることができる。この結晶欠陥の積極的な発生によって、当該半導体装置では、LOCOSの形成に伴って発生した外殻領域における大きな残留応力を十分に低減することができる。 In the semiconductor device, a large amount of crystal defects can be generated in the outer shell region by correlating the large residual stress at the time of LOCOS oxidation and the residual stress at the time of forming the dummy gate trench. Due to the active generation of the crystal defects, the semiconductor device can sufficiently reduce the large residual stress in the outer shell region generated with the formation of LOCOS.
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請求項4に記載のように、上記半導体装置は、例えば、前記トレンチゲートの深さが、5μm以下である構成とすることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, for example, the semiconductor device may be configured such that the trench gate has a depth of 5 μm or less.
請求項5と6に記載の発明は、上記半導体装置の製造方法に関する発明である。
The invention described in
請求項5に記載の発明は、素子分離トレンチにより取り囲まれたSOI層からなる素子領域が、前記素子分離トレンチに隣接する外殻領域と、前記外殻領域の内側の内部領域に区分され、トレンチゲートを有するMOSトランジスタの各セルが、前記内部領域に分散して配置され、前記素子分離トレンチより浅いダミーゲートトレンチが、前記外殻領域に分散して配置されてなる半導体装置であって、前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上、5.6μm以下の範囲にあり、前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上で、4.4μm以下の場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから30μm以上の距離にあり、前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、4.4μmより大きく、5.6μm以下である場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから38μm以上の距離にある半導体装置の製造方法において、前記トレンチゲートと前記ダミーゲートトレンチを、同一のトレンチ形成工程を用いて形成することを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, an element region composed of an SOI layer surrounded by an element isolation trench is divided into an outer shell region adjacent to the element isolation trench and an inner region inside the outer shell region. Each cell of a MOS transistor having a gate is distributed in the inner region, and a dummy gate trench shallower than the element isolation trench is distributed in the outer shell region, the semiconductor device comprising: When the arrangement pitch of the dummy gate trench is in the range of 3.1 μm or more and 5.6 μm or less, and the arrangement pitch of the dummy gate trench is 3.1 μm or more and 4.4 μm or less, the outer shell region And the inner region is at a distance of 30 μm or more from the element isolation trench, and the arrangement pitch of the dummy gate trench is larger than 4.4 μm. In the case of 5.6 μm or less, in the method of manufacturing a semiconductor device in which the boundary between the outer shell region and the inner region is at a distance of 38 μm or more from the element isolation trench, the trench gate and the dummy gate trench are the same. The trench formation process is used.
これによれば、ダミーゲートトレンチを形成するための特別な工程が必要ないため、ダミーゲートトレンチの形成に伴うコストアップを防止することができる。 According to this, since a special process for forming the dummy gate trench is not necessary, it is possible to prevent an increase in cost due to the formation of the dummy gate trench.
請求項6に記載のように、上記半導体装置の製造方法においては、前記トレンチ形成工程後において、熱処理温度1150℃以上、熱処理時間10秒以上の条件で、ランプ加熱による急熱急冷処理工程を実施することが好ましい。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method, after the trench formation step, a rapid heating and quenching treatment step by lamp heating is performed under the conditions of a heat treatment temperature of 1150 ° C. or more and a heat treatment time of 10 seconds or more. It is preferable to do.
ランプ加熱による急熱急冷処理工程を実施することで、外殻領域のダミーゲートトレンチの周りに誘起される結晶欠陥の発生量を増大することができ、これに伴って、残留応力の低減効果もより確実なものにすることができる。 By carrying out the rapid heating and quenching treatment process by lamp heating, the amount of crystal defects induced around the dummy gate trench in the outer shell region can be increased, and with this, the residual stress can also be reduced. It can be made more reliable.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一例で、図1(a)は、半導体装置10の模式的な上面図であり、図1(b)は、半導体装置10の模式的な断面図である。
FIG. 1 is an example of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 1A is a schematic top view of the
図1(a),(b)に示す半導体装置10では、埋め込み酸化膜2に達する素子分離トレンチ4により取り囲まれて、SOI(Silicon On Insulator)層1からなる素子領域1sが設けられている。半導体装置10では、図中の一点鎖線で示したように、素子領域1sが、素子分離トレンチ2に隣接する外殻領域1aと、外殻領域1aの内側の内部領域1bに区分されている。半導体装置10では、トレンチゲート3bを有するMOS (Metal Oxide Semiconductor)トランジスタの各セルが、内部領域1bに分散して配置されている。また、素子分離トレンチ4の深さ(SOI層1の厚さ)d4より浅く、配線接続されていないダミーゲートトレンチ3aが、外殻領域1aに分散して配置されている。
In the
図1の半導体装置10においては、ダミーゲートトレンチ3aが分散して配置された外殻領域1aを、結晶欠陥を積極的に発生させる領域として利用することができる。すなわち、素子分離トレンチ4形成時の残留応力とダミーゲートトレンチ3a形成時の残留応力を相関させて、外殻領域1aに多量の結晶欠陥を発生させることができる。この結晶欠陥の積極的な発生によって、半導体装置10では、素子分離トレンチ4の形成に伴って発生した外殻領域1aにおける残留応力を緩和することができる。これによって、MOSトランジスタの各セルが分散して配置される内部領域1bにおいて、結晶欠陥の発生が抑制される。
In the
特に、図1の半導体装置10のように、素子分離トレンチ4上に、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)5が形成されている場合には、LOCOS酸化時に素子分離トレンチ4の周囲に大きな残留応力が発生する。この場合にも、図1の半導体装置10では、LOCOS酸化時の大きな残留応力とダミーゲートトレンチ3a形成時の残留応力を相関させて、外殻領域1aに多量の結晶欠陥を発生させることができる。この結晶欠陥の積極的な発生によって、半導体装置10では、LOCOS5の形成に伴って発生した外殻領域1aにおける大きな残留応力を十分に低減することができる。
In particular, when a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) 5 is formed on the
以上のようにして、図1に示す半導体装置10は、トレンチゲート3bを有するMOSトランジスタの各セルが、分散して配置されてなる半導体装置であって、結晶欠陥でのリーク等による特性劣化が抑制され、高い信頼性を有する半導体装置とすることができる。
As described above, the
尚、図1の半導体装置10においては、図1(b)に示すダミーゲートトレンチ3aの深さd3aが、トレンチゲート3bの深さd3bと同じであることが好ましい。これによって、後述するように、同一のトレンチ形成工程を用いて、トレンチゲート3bとダミーゲートトレンチ3aを同時形成することができる。従って、ダミーゲートトレンチ3aの形成によるコストアップもないため、安価な半導体装置とすることができる。
In the
例えば、半導体装置10においては、トレンチゲート3bとダミーゲートトレンチ3aの深さを、5μm以下とすることができる。
For example, in the
図2〜図4は、図1の半導体装置10に関する評価結果の一例で、ダミーゲートトレンチ3aの深さを一般的に用いられるトレンチゲート3bの深さと同じにして、図1(a)に示すダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチPを変え、素子分離トレンチ4からの距離と結晶欠陥の発生個数の関係を調査した結果である。図2(a)は、ダミーゲートトレンチ3aを形成しない場合であり、図2(b)は、ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチPを5.6μmとした場合である。図3(a)は、ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチPを4.4μmとした場合であり、図3(b)は、ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチPを3.1μmとした場合である。また、図4は、ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチPを1.8μmとした場合である。
2 to 4 are examples of evaluation results related to the
上記評価試験において、図2(b),図3(a),図3(b)の各図で示したように、ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチPが、3.1μm以上、5.6μm以下の範囲において、内部領域1bでの結晶欠陥の発生を確実に抑制することができることが判明した。ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチが5.6μmより大きい場合およびダミーゲートトレンチ3aを形成しない場合は、素子分離トレンチに付随した残留応力の緩和効果が小さいため、図2(a)に示すように、結晶欠陥の発生個数は全体的に低減するものの、素子分離トレンチ4から遠い距離まで発生領域が延びて内部領域1bまで及ぶ。一方、ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチが3.1μmより小さい場合は、ダミーゲートトレンチ自体による結晶欠陥が発生し、図4に示すように、素子分離トレンチ4から遠い距離まで結晶欠陥の発生領域が延びると共に、発生個数も全体的に増大する。以上の結果から、上記半導体装置においては、ダミーゲートトレンチ3aの配置ピッチPが、3.1μm以上、5.6μm以下であることが好ましい。
In the evaluation test, as shown in FIGS. 2B, 3A, and 3B, the arrangement pitch P of the
特に、図3(a)と図3(b)の試料では、素子分離トレンチ4からの距離が30μmより小さい領域では多量の結晶欠陥が発生しているのに対して、素子分離トレンチ4から30μm以上離れた領域では、結晶欠陥がほとんど発生していない。
In particular, in the samples of FIGS. 3A and 3B, a large amount of crystal defects are generated in a region where the distance from the
従って、図1の半導体装置10においては、(a)
に一点鎖線で示した外殻領域1aと内部領域1bの境界の素子分離トレンチ4からの距離Laが、30μm以上であることが好ましい。これによって、MOSトランジスタの各セルが分散して配置される内部領域1aでの結晶欠陥の発生を、確実に抑制することができる。
Accordingly, in the
It is preferable that the distance La from the
次に、図1(a),(b)に示す半導体装置10の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the
図5(a)〜(e)と図6(a)〜(d)は、半導体装置10の製造方法を示す工程別断面図である。
FIGS. 5A to 5E and FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views for each process showing the method for manufacturing the
最初に、図5(a)に示すように、埋め込み酸化膜2を有するSOI基板を準備し、SOI層1の表面を、500Å程度の熱酸化膜2で覆う。
First, as shown in FIG. 5A, an SOI substrate having a buried
次に、図5(b)に示すように、熱酸化膜2s上にフォトレジスト膜マスクM1を形成し、例えば40keVのエネルギーで1×1013cm−2程度、選択的にボロン(B)をイオン注入してボロン注入領域ipを形成する。次に、フォトレジスト膜マスクM1を除去した後、同様にして、例えば100keVのエネルギーで5×1013cm−2程度、選択的にリン(P)をイオン注入してリン注入領域(図示省略)を別位置に形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a photoresist film mask M1 is formed on the
次に、図5(c)に示すように、フォトレジスト膜マスクを除去した後、窒素(N2)雰囲気で、例えば1150℃で300分間熱処理を行い、ボロン拡散層からなるP導電型のウエル1pとリン拡散層からなるN導電型のウエル(図示省略)を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, after removing the photoresist film mask, heat treatment is performed in a nitrogen (N 2) atmosphere at, for example, 1150 ° C. for 300 minutes to form a P
次に、図5(d)に示すように、LP−CVD(Low Pressure - Chemical Vapor Deposition)法を用いて、熱酸化膜2s上に、150〜200nmの厚さの窒化シリコン(Si3N4)膜N1を堆積する。続いて、窒化シリコン膜N1上にフォトレジスト膜マスクM2を形成する。次に、フォトレジスト膜マスクM2を用いて、窒化シリコン膜N1と熱酸化膜2sを選択的にドライエッチングし、所定位置においてSOI層1を露出させる。
Next, as shown in FIG. 5D, a silicon nitride (Si3N4) film N1 having a thickness of 150 to 200 nm is formed on the
次に、図5(e)に示すように、フォトレジスト膜マスクM2を除去した後、窒化シリコン膜N1をマスクとしてSOI層1をドライエッチングし、埋め込み酸化膜2に達するトレンチ溝を形成する。続いて、トレンチ溝の表面に形成されたエッチングによるダメージ層を、ケミカルドライエッチングを用いて150nm除去する。次に、例えばLP−CVD法により、トレンチ溝の側壁部に500nmの厚さのBPSG膜4sを形成する。その後、リン(P)をドープしたポリシリコン4pをLP―CVD法で堆積して、トレンチ溝を埋め戻す。これによって、素子分離トレンチ4が完成する。
Next, as shown in FIG. 5E, after removing the photoresist film mask M2, the
次に、図6(a)に示すように、窒化シリコン膜N1上にフォトレジスト膜マスクM3を形成する。次に、フォトレジスト膜マスクM3を用いて、窒化シリコン膜N1を選択的にドライエッチングし、所定位置において熱酸化膜2sを露出させる。
Next, as shown in FIG. 6A, a photoresist film mask M3 is formed on the silicon nitride film N1. Next, the silicon nitride film N1 is selectively dry etched using the photoresist film mask M3 to expose the
次に、図6(b)に示すように、フォトレジスト膜マスクM3を除去した後、窒化シリコン膜N1をマスクとして、例えば1000℃で400〜500分間、熱酸化する。これによって、厚いLOCOS5が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, after removing the photoresist film mask M3, thermal oxidation is performed at 1000 ° C. for 400 to 500 minutes, for example, using the silicon nitride film N1 as a mask. As a result, a
尚、このLOCOS酸化の際に、素子分離トレンチ4の近傍に、大きな残留応力が発生する。
Note that a large residual stress is generated in the vicinity of the
次に、図6(c)に示すように、窒化シリコン膜N2を、LP−CVD法で150〜200nmの厚さ堆積する。続いて、窒化シリコン膜N2上にフォトレジスト膜マスクM4を形成する。次に、フォトレジスト膜マスクM4を用いて、窒化シリコン膜N2と熱酸化膜2sを選択的にドライエッチングし、所定位置においてSOI層1を露出させる。
Next, as shown in FIG. 6C, a silicon nitride film N2 is deposited to a thickness of 150 to 200 nm by the LP-CVD method. Subsequently, a photoresist film mask M4 is formed on the silicon nitride film N2. Next, using the photoresist film mask M4, the silicon nitride film N2 and the
次に、図6(d)に示すように、フォトレジスト膜マスクM4を除去した後、窒化シリコン膜N2をマスクとしてSOI層1をドライエッチングし、トレンチゲート3bおよびダミーゲートトレンチ3aのトレンチ溝を形成する。続いて、トレンチ溝の表面に形成されたエッチングによるダメージ層を、ケミカルドライエッチングを用いて150nm除去する。次に、窒化シリコン膜N2をリン酸でエッチング除去し、更に、熱酸化膜2sを希フッ酸(HF)により除去する。その後、例えば1100℃で熱酸化を行い、厚さ100nmの犠牲酸化膜を形成した後、希HFによりこの犠牲酸化膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 6D, after removing the photoresist film mask M4, the
次いで、例えば1000℃の酸素雰囲気で熱酸化を行い、所定厚さのゲート酸化膜2tを形成する。
Next, thermal oxidation is performed in an oxygen atmosphere at 1000 ° C., for example, to form a
尚、このゲート酸化の際に、素子分離トレンチ4形成時の残留応力と、ダミーゲートトレンチ3aの形成時の残留応力が相関し、この応力によって外殻領域1aに多量の結晶欠陥が発生する。
During the gate oxidation, the residual stress at the time of forming the
その後、リン(P)をドープしたポリシリコンをLP―CVD法で堆積して、トレンチ溝を埋め戻す。次に、堆積したポリシリコン上にフォトレジスト膜マスクを形成し、平坦部に堆積したポリシリコンをドライエッチングして、所定パターンのゲート電極とする。これによって、トレンチゲート3bおよびダミーゲートトレンチ3aが完成する。
Thereafter, polysilicon doped with phosphorus (P) is deposited by the LP-CVD method to fill the trench groove. Next, a photoresist film mask is formed on the deposited polysilicon, and the polysilicon deposited on the flat portion is dry-etched to form a gate electrode having a predetermined pattern. Thereby, the
以後、通常用いられる一般的な工程を経て、MOSトランジスタのソースとドレイン(図示省略)、層間絶縁膜6、配線7、パッシベーション膜8を形成する。
Thereafter, the source and drain (not shown) of the MOS transistor, the interlayer insulating film 6, the
以上で、図1(a),(b)に示す半導体装置10が完成する。
Thus, the
図5と図6に示した半導体装置10の製造方法は、トレンチゲート3bとダミーゲートトレンチ3aを、同一のトレンチ形成工程を用いて形成している。これによれば、ダミーゲートトレンチ3aを形成するための特別な工程が必要ないため、ダミーゲートトレンチ3aの形成に伴うコストアップを防止することができる。
In the method of manufacturing the
また、上記半導体装置の製造方法においては、図6(d)に示したトレンチ形成工程後において、熱処理温度1150℃以上、熱処理時間10秒以上の条件で、ランプ加熱による急熱急冷処理工程を実施することが好ましい。このランプ加熱による急熱急冷処理工程を実施することで、外殻領域1aにあるダミーゲートトレンチ3aの周りに誘起される結晶欠陥の発生量を増大することができ、これに伴って、残留応力の低減効果もより確実なものにすることができる。
Further, in the semiconductor device manufacturing method, after the trench formation step shown in FIG. 6D, a rapid heating and quenching treatment step by lamp heating is performed under conditions of a heat treatment temperature of 1150 ° C. or more and a heat treatment time of 10 seconds or more. It is preferable to do. By carrying out this rapid heating and quenching treatment process by lamp heating, the amount of crystal defects induced around the
以上のようにして、上記した本発明の半導体装置およびその製造方法は、素子分離トレンチ4により取り囲まれたSOI層1からなる素子領域1sに、トレンチゲート3bを有するMOSトランジスタの各セルが、分散して配置されてなる半導体装置10であって、結晶欠陥でのリーク等による特性劣化が抑制され、高い信頼性を有する半導体装置およびその製造方法となっている。
As described above, in the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, each cell of the MOS transistor having the
10 半導体装置
1 SOI層
1s 素子領域
1a 外殻領域
1b 内部領域
2 埋め込み酸化膜
3a ダミーゲートトレンチ
3b トレンチゲート
4 素子分離トレンチ
5 LOCOS
La 外殻領域と内部領域の境界の素子分離トレンチからの距離
DESCRIPTION OF
La Distance from the element isolation trench at the boundary between the outer shell region and the inner region
Claims (6)
トレンチゲートを有するMOSトランジスタの各セルが、前記内部領域に分散して配置され、
前記素子分離トレンチより浅いダミーゲートトレンチが、前記外殻領域に分散して配置されてなる半導体装置であって、
前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上、5.6μm以下の範囲にあり、
前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上で、4.4μm以下の場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから30μm以上の距離にあり、
前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、4.4μmより大きく、5.6μm以下である場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから38μm以上の距離にあることを特徴とする半導体装置。 An element region composed of an SOI layer surrounded by the element isolation trench is divided into an outer shell region adjacent to the element isolation trench and an inner region inside the outer shell region,
Each cell of the MOS transistor having a trench gate is distributed and arranged in the internal region,
A semiconductor device in which dummy gate trenches shallower than the element isolation trenches are distributed and arranged in the outer shell region,
An arrangement pitch of the dummy gate trenches is in a range of 3.1 μm or more and 5.6 μm or less,
When the arrangement pitch of the dummy gate trenches is 3.1 μm or more and 4.4 μm or less, the boundary between the outer shell region and the inner region is at a distance of 30 μm or more from the element isolation trench,
When the arrangement pitch of the dummy gate trenches is larger than 4.4 μm and smaller than 5.6 μm, the boundary between the outer shell region and the inner region is at a distance of 38 μm or more from the element isolation trench. A semiconductor device.
トレンチゲートを有するMOSトランジスタの各セルが、前記内部領域に分散して配置され、
前記素子分離トレンチより浅いダミーゲートトレンチが、前記外殻領域に分散して配置されてなる半導体装置であって、
前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上、5.6μm以下の範囲にあり、
前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、3.1μm以上で、4.4μm以下の場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから30μm以上の距離にあり、
前記ダミーゲートトレンチの配置ピッチが、4.4μmより大きく、5.6μm以下である場合には、前記外殻領域と内部領域の境界が、前記素子分離トレンチから38μm以上の距離にある半導体装置の製造方法において、
前記トレンチゲートと前記ダミーゲートトレンチを、同一のトレンチ形成工程を用いて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 An element region composed of an SOI layer surrounded by the element isolation trench is divided into an outer shell region adjacent to the element isolation trench and an inner region inside the outer shell region,
Each cell of the MOS transistor having a trench gate is distributed and arranged in the internal region,
A semiconductor device in which dummy gate trenches shallower than the element isolation trenches are distributed and arranged in the outer shell region,
An arrangement pitch of the dummy gate trenches is in a range of 3.1 μm or more and 5.6 μm or less,
When the arrangement pitch of the dummy gate trenches is 3.1 μm or more and 4.4 μm or less, the boundary between the outer shell region and the inner region is at a distance of 30 μm or more from the element isolation trench,
When the arrangement pitch of the dummy gate trench is larger than 4.4 μm and smaller than 5.6 μm, the boundary between the outer shell region and the inner region is a distance of 38 μm or more from the element isolation trench. In the manufacturing method,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the trench gate and the dummy gate trench are formed using the same trench formation step.
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