特開 2024-51856 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024051856

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/822 20060101AFI20240404BHJP

   H10B 12/00 20230101ALI20240404BHJP

【ＦＩ】

H01L27/04 C

H01L27/108 625A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022158225

(22)【出願日】2022-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷畑 篤史

【テーマコード（参考）】

5F038

5F083

【Ｆターム（参考）】

5F038AC02

5F038AC03

5F038AC04

5F038AC05

5F038AC10

5F038AC15

5F038AC18

5F038AV06

5F083AD17

5F083GA19

5F083JA02

5F083JA39

5F083PR03

5F083PR12

(57)【要約】

【課題】本開示は、トレンチの一部分への電界集中を緩和することを目的とする。
【解決手段】半導体装置は、基板と、前記基板に形成されたトレンチと、前記基板の表面側において、前記トレンチの周囲を囲むように形成された拡散層と、前記基板及び前記拡散層の一部が酸化されることで前記トレンチの内壁に形成された第１酸化膜と、前記第１酸化膜が形成された前記トレンチに挿入された第１電極と、前記基板、前記拡散層、及び前記第１電極上に形成された第２酸化膜と、前記第２酸化膜上に形成された第２電極と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に形成されたトレンチと、
前記基板の表面側において、前記トレンチの周囲を囲むように形成された拡散層と、
前記基板及び前記拡散層の一部が酸化されることで前記トレンチの内壁に形成された第１酸化膜と、
前記第１酸化膜が形成された前記トレンチに挿入された第１電極と、
前記基板、前記拡散層、及び前記第１電極上に形成された第２酸化膜と、
前記第２酸化膜上に形成された第２電極と、
を備える、
半導体装置。

【請求項2】

前記第２電極は、電圧が印加されたことに基づいて、前記拡散層の周囲から前記トレンチに対して反対方向に空乏層を形成する、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第２電極は、前記拡散層の周囲を囲むように形成された、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記トレンチ及び前記拡散層は、平面視にて矩形状に形成され、
前記第２電極は、前記拡散層の四隅を覆うように形成された、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記拡散層と前記第２電極とは、積層方向において重なり合う部分を有する、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記基板は、Ｐ型の半導体であり、
前記拡散層、前記第１電極、及び前記第２電極は、Ｎ型の半導体である、
請求項１に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、トレンチキャパシタを有する半導体装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－３５１８５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、トレンチキャパシタを有する半導体装置では、トレンチの内壁に絶縁膜として熱酸化膜が形成されることが多い。この場合、トレンチの開口側において断面形状が角張る部分は、他の部分に比べてＳｉ（シリコン）原子が少なく、Ｓｉの酸化レートが遅いために酸化後は尖って鋭角となる。これにより、トレンチキャパシタを有する従来の半導体装置では、当該角張る部分が鋭角となることで電界が集中して耐圧が低下する問題があった。

【0005】

そこで、本開示は、トレンチの一部分への電界集中を緩和することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の半導体装置は、基板と、前記基板に形成されたトレンチと、前記基板の表面側において、前記トレンチの周囲を囲むように形成された拡散層と、前記基板及び前記拡散層の一部が酸化されることで前記トレンチの内壁に形成された第１酸化膜と、前記第１酸化膜が形成された前記トレンチに挿入された第１電極と、前記基板、前記拡散層、及び前記第１電極上に形成された第２酸化膜と、前記第２酸化膜上に形成された第２電極と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、トレンチの一部分への電界集中を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る半導体装置の平面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線における断面図である。

【図3】従来の半導体装置の平面図である。

【図4】図３のＸ－Ｘ線における断面図である。

【図5】図４の二点鎖線で囲まれた部分を拡大して示す図である。

【図6】第２の実施形態に係る半導体装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態の例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0010】

（第１の実施形態）
まず、本実施形態の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るトレンチキャパシタＴＣを有する半導体装置１０の平面図である。半導体装置１０は、一例として、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。

【0011】

図１に示すように、半導体装置１０は、基板２０と、トレンチ２２と、拡散層２４と、熱酸化膜２６と、第１電極２８と、第２電極３０と、を備える。

【0012】

基板２０は、例えば、Ｐ型のＳｉ（シリコン）基板から構成され、平面視にて長方形状を呈する。基板２０は、カソード電極として機能する。

【0013】

トレンチ２２は、基板２０に対し、ドライエッチングによってトレンチ加工を行うことにより形成される。一例として、トレンチ２２は、基板２０の中央部に形成されており、平面視にて長方形状を呈する。

【0014】

拡散層２４は、基板２０の表面側において、トレンチ２２の周囲を囲むように形成された、Ｎ型の不純物が比較的高濃度で拡散された半導体層（Ｎ＋層）である。ここで、基板２０の表面側とは、トレンチ２２の開口側又はゲート電極となる第２電極３０が形成される側、と言うこともできる。拡散層２４は、公知のイオン注入技術を用いて、基板２０の表面部分に形成される。基板２０（図２参照）及び拡散層２４には、タングステン等の導電体から構成されるコンタクトＣ１が接続されている。

【0015】

熱酸化膜２６は、公知の熱酸化法により、基板２０及び拡散層２４の一部が酸化されることでトレンチ２２の内壁に形成される。熱酸化膜２６はトレンチ２２とともに、トレンチキャパシタＴＣを構成している。熱酸化膜２６は「第１酸化膜」の一例である。

【0016】

第１電極２８は、トレンチ２２を埋め込むように、熱酸化膜２６が形成されたトレンチ２２に挿入されており、平面視にて長方形状を呈する。第１電極２８は、Ｎ型のＰｏｌｙ－Ｓｉ（ポリシリコン）から形成される。第１電極２８には、タングステン等の導電体から構成されるコンタクトＣ２が接続されている。第１電極２８は、アノード電極として機能する。

【0017】

第２電極３０は、拡散層２４の周囲を囲むように形成されたゲート電極である。第２電極３０は、Ｎ型のＰｏｌｙ－Ｓｉから形成される。第２電極３０には、タングステン等の導電体から構成されるコンタクトＣ３が接続されている。

【0018】

図２は、図１のＡ－Ａ線における断面図である。
図２に示すように、基板２０にはトレンチ２２が形成されており、トレンチ２２の内壁には熱酸化膜２６が形成されている。また、熱酸化膜２６が形成されたトレンチ２２には、第１電極２８が挿入されている。

【0019】

基板２０、拡散層２４、及び第１電極２８上には、ゲート酸化膜３２が形成されている。なお、図１では、説明の都合上、ゲート酸化膜３２の図示を省略している。ゲート酸化膜３２は「第２酸化膜」の一例である。

【0020】

ゲート酸化膜３２は、例えば、シリコン酸化膜から構成されている。そして、図２に示すように、第２電極３０は、ゲート酸化膜３２上に形成されている。また、拡散層２４と第２電極３０とは、半導体装置１０の積層方向において重なり合う部分を有している。

【0021】

次に、トレンチキャパシタＴＣを有する従来の半導体装置（以下、「従来装置１００」とする）について説明する。図３は、従来装置１００の平面図である。

【0022】

図３に示すように、従来装置１００は、基板２００と、トレンチ２２０と、拡散層２４０と、熱酸化膜２６０と、第１電極２８０と、を備える。なお、従来装置１００における基板２００、トレンチ２２０、拡散層２４０、熱酸化膜２６０、及び第１電極２８０の構成は、半導体装置１０における基板２０、トレンチ２２、拡散層２４、熱酸化膜２６、及び第１電極２８の構成と共通のため、説明を省略する。

【0023】

図４は、図３のＸ－Ｘ線における断面図である。
図４に示すように、基板２００にはトレンチ２２０が形成されており、トレンチ２２０の内壁には熱酸化膜２６０が形成されている。また、熱酸化膜２６０が形成されたトレンチ２２０には、第１電極２８０が挿入されている。そして、基板２００及び拡散層２４０にはコンタクトＣ１０が接続され、第１電極２８０にはコンタクトＣ１１が接続されている。コンタクトＣ１０及びコンタクトＣ１１は、一例として、タングステン等の導電体から構成される。

【0024】

ここで、コンタクトＣ１１に＋の電圧Ｖｇ（Ｖｇ＞０Ｖ）を印加し、コンタクトＣ１０に０Ｖを印加する。これにより、コンタクトＣ１１を介して第１電極２８０へと電子が流れて、トレンチキャパシタＴＣへ電子が蓄積される。

【0025】

図５は、図４の二点鎖線で囲まれた部分を拡大して示す図である。
上記のように、従来装置１００では、トレンチ２２０の内壁に絶縁膜として熱酸化膜２６０が形成されている。この場合、基板２００の表面側、すなわち、トレンチ２２０の開口側において断面形状が角張る部分（以下、「角部３００」とする）は、他の部分に比べてＳｉ原子が少なく、Ｓｉの酸化レートが遅いために酸化後は尖って鋭角となる（図５参照）。また、角部３００には、Ｎ型の不純物が比較的高濃度で拡散された半導体層（Ｎ＋層）である拡散層２４０が隣接している。これにより、従来装置１００では、鋭角な角部３００への電界集中により耐圧が低下する問題があった。

【0026】

これに対し、第１の実施形態に係る半導体装置１０では、基板２０、拡散層２４及び第１電極２８上にゲート酸化膜３２が形成され、ゲート酸化膜３２上に第２電極３０が形成されていることで、トレンチ２２の開口側において断面形状が角張る部分（以下、「トレンチ２２の角部」とする）への電界集中を緩和することができる。

【0027】

半導体装置１０では、コンタクトＣ２に＋の電圧Ｖｇ（Ｖｇ＞０Ｖ）、コンタクトＣ１に０Ｖが印加されると、コンタクトＣ２を介して第１電極２８へと電子が流れて、トレンチキャパシタＴＣへ電子が蓄積される。このとき、半導体装置１０では、コンタクトＣ１及びコンタクトＣ２へ電圧を印可する際に、コンタクトＣ３に＋の電圧Ｖｇ（Ｖｇ＞０Ｖ）が印加される。これにより、半導体装置１０では、コンタクトＣ３を介して電圧が印加された第２電極３０により、拡散層２４の周囲からトレンチ２２に対して反対方向（図２において矢印Ｙで示す方向）に空乏層４０が形成される。なお、コンタクトＣ３に印加される電圧は特に限定されず、ゲート酸化膜３２の膜厚に応じた＋の電圧が印可される。

【0028】

半導体装置１０では、空乏層４０が形成されることで、電子分布がトレンチ２２の角部から離れる方向（矢印Ｙ方向）に広がる。これにより、半導体装置１０によれば、従来装置１００に比べて、トレンチ２２の一部分、具体的には、トレンチ２２の角部への電界集中を緩和することができる。

【0029】

また、半導体装置１０では、第２電極３０は、拡散層２４の周囲を囲むように形成されている。これにより、半導体装置１０によれば、コンタクトＣ３に＋の電圧Ｖｇ（Ｖｇ＞０Ｖ）が印加されたことに基づいて、拡散層２４の周囲を囲むように空乏層４０を形成することができる。

【0030】

また、半導体装置１０では、拡散層２４と第２電極３０とは、積層方向において重なり合う部分を有する。これにより、半導体装置１０によれば、拡散層２４に連続する部分に空乏層４０を形成することができる。

【0031】

また、半導体装置１０では、基板２０は、Ｐ型の半導体であり、拡散層２４、第１電極２８、及び第２電極３０は、Ｎ型の半導体である。これにより、半導体装置１０によれば、Ｐ型とＮ型とを逆にした場合に比べて、応答性を高めることができる。ただし、半導体装置１０の構成はこれに限定されず、第１の実施形態の構成からＰ型とＮ型とを逆にしてもよい。

【0032】

また、第１の実施形態では、トレンチ２２を平面視にて長方形状に形成したが、これに限らず、トレンチ２２を平面視にて円形状に形成してもよい。

【0033】

（第２の実施形態）
次に、本実施形態の第２の実施形態について、第１の実施形態との重複部分を省略又は簡略しつつ説明する。

【0034】

図６は、第２の実施形態に係るトレンチキャパシタＴＣを有する半導体装置１０の平面図である。なお、図６のＢ－Ｂ線における断面図は、コンタクトの参照符号を除いて図２と同様であるため図示を省略する。

【0035】

図６に示すように、半導体装置１０は、基板２０と、トレンチ２２と、拡散層２４と、熱酸化膜２６と、第１電極２８と、第２電極３０と、を備える。

【0036】

ここで、第２の実施形態における第２電極３０は、平面視にて略Ｌ字状を呈する第２電極３０Ａ、第２電極３０Ｂ、第２電極３０Ｃ、及び第２電極３０Ｄから構成されている。そして、第２電極３０は、拡散層２４の四隅を覆うように形成されている。具体的には、図６に示すように、第２電極３０Ａは拡散層２４の図中左下の隅を、第２電極３０Ｂは拡散層２４の図中右下の隅を、第２電極３０Ｃは拡散層２４の図中左上の隅を、第２電極３０Ｄは拡散層２４の図中右上の隅を覆っている。

【0037】

また、基板２０及び拡散層２４にはコンタクトＣ４が接続され、第１電極２８にはコンタクトＣ５が接続され、第２電極３０ＢにはコンタクトＣ６が接続されている。第２電極３０ＡにはコンタクトＣ７が接続され、第２電極３０ＣにはコンタクトＣ８が接続され、第２電極３０ＤにはコンタクトＣ９が接続されている。コンタクトＣ４からコンタクトＣ９は、一例として、タングステン等の導電体から構成される。

【0038】

ここで、第２の実施形態に係る半導体装置１０では、コンタクトＣ５に＋の電圧Ｖｇ（Ｖｇ＞０Ｖ）、コンタクトＣ４に０Ｖが印加されると、コンタクトＣ５を介して第１電極２８へと電子が流れて、トレンチキャパシタＴＣへ電子が蓄積される。このとき、半導体装置１０では、コンタクトＣ４及びコンタクトＣ５へ電圧を印可する際に、コンタクトＣ６からコンタクトＣ９にそれぞれ＋の電圧Ｖｇ（Ｖｇ＞０Ｖ）が印加される。これにより、半導体装置１０では、コンタクトＣ６からコンタクトＣ９を介して電圧が印加された第２電極３０Ａから第２電極３０Ｄにより、拡散層２４の周囲からトレンチ２２に対して反対方向（図２において矢印Ｙで示す方向）に空乏層４０が形成される。これにより、第２の実施形態に係る半導体装置１０では、第１の実施形態と同様、空乏層４０が形成されることで電子分布がトレンチ２２の角部から離れる方向に広がり、トレンチ２２の角部への電界集中を緩和することができる。また、第２の実施形態に係る半導体装置１０では、電界集中が特に強い拡散層２４の四隅（トレンチ２２の四隅）だけを第２電極３０で覆うことで、トレンチ２２の角部への電界集中を緩和しつつ、拡散層２４の周囲を囲むように第２電極３０を形成した場合よりも第２電極３０の体積を減らすことができる。

【符号の説明】

【0039】

１０ 半導体装置
２０ 基板
２２ トレンチ
２４ 拡散層
２６ 熱酸化膜（第１酸化膜）
２８ 第１電極
３０ 第２電極
３２ ゲート酸化膜（第２酸化膜）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】