JP2003282822A - 二重隔離構造を有する半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

二重隔離構造を有する半導体素子及びその製造方法

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JP2003282822A
JP2003282822A JP2003051819A JP2003051819A JP2003282822A JP 2003282822 A JP2003282822 A JP 2003282822A JP 2003051819 A JP2003051819 A JP 2003051819A JP 2003051819 A JP2003051819 A JP 2003051819A JP 2003282822 A JP2003282822 A JP 2003282822A
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Wajo Shin
和叔 辛
Soo-Cheol Lee
受哲 李
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二重隔離構造を有する半導体素子及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】本発明によるこの素子は、半導体基板の全
面にエピタキシャル層が覆われる。半導体基板及びエピ
タキシャル層からなる素子領域は素子隔離構造により限
定される。素子隔離構造は拡散隔離層及びトレンチ分離
構造の二重構造を有する。拡散隔離層は半導体基板内に
形成されて素子領域の基底面及び下部側壁を囲み、トレ
ンチ分離構造はエピタキシャル層を垂直に貫通して素子
領域の上部側壁を囲む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子及びその
製造方法に関するものであり、さらに具体的には、二重
隔離(分離)構造を有する半導体素子及びその製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、大容量の電力伝達と高速のスイッ
チング能力を要求する電力変換及び電力制御システムで
パワーIC製品の応用範囲が増加すしている趨勢にあ
り、特に、ハードディスクドライブHDD及びビデオテ
ープレコーダVTRだけではなく、自動車の電装部品
(automotive electric part
s)などにパワーIC製品が広く利用されている。DM
OSトランジスタは単位領域あたり電流処理能力が高
く、オン抵抗が低いので、高電圧を処理することができ
るパワーICの非常に重要な構成要素である。このよう
なDMOS素子は高い電圧で動作されるので、DMOS
素子とDMOS素子との間及びDMOS素子と他の制御
回路との間に高い降伏電圧を有する素子隔離構造が必要
である。従来には素子隔離のために、不純物拡散層を使
用する接合隔離技術を使用した。しかし、接合隔離技術
を使用する場合に、厚いエピタキシャル層を使用するD
MOS素子の構造上、深い素子隔離構造を形成するため
に、広い面積が必要する。これを改善してトレンチ素子
隔離構造を使用する方法が提案されている。米国特許番
号5.356,822には“相補的BICDMOS素子
製造方法”というタイトルでSOI基板にDMOS素子
を形成して素子を隔離させる方法が提案されている。ト
レンチ素子隔離を利用したまた他の方法として“スマー
ト電力集積回路の製造方法”というタイトルで大韓民国
特許出願番号98−45430に提案されたところもあ
る。
【0003】図1は接合隔離技術を適用した素子隔離構
造を有する従来のDMOS素子を示す断面図である。
【0004】図1を参照すれば、接合隔離構造を有する
DMOS素子は半導体基板1の所定の領域に第1導電型
の埋没層6が配置形成され、前記埋没層6と所定の間隔
離隔されて前記埋没層6を囲む第2導電型の埋没層2が
形成される。前記第1、第2導電型埋没層2及び前記半
導体基板1の全面に第1導電型のエピタキシャル層8が
積層される。前記エピタキシャル層8は前記第1導電型
の埋没層6より低い濃度でドーピングされる。前記エピ
タキシャル層8を貫通して前記エピタキシャル層8の所
定の領域を囲む第2導電型の接合隔離層4が前記第2導
電型埋没層2に接続される。前記接合隔離層4及び前記
第2導電型埋没層2はDMOS素子の素子隔離構造5を
形成する。前記素子隔離構造5はDMOS素子の素子領
域を限定する。前記素子隔離構造5で囲まれた素子領域
の所定の領域にフィールド酸化膜16が配置されて第1
活性領域及び第2活性領域を限定する。前記フィールド
酸化膜16は前記素子隔離構造5から離隔されて前記第
1活性領域を囲む。前記第1活性領域上にゲート絶縁膜
22が介在されたゲート電極14が配置され、前記ゲー
ト電極14に隣接した第1活性領域内にソース領域が配
置され、前記第2活性領域内にドレイン領域が配置され
る。前記ソース領域は前記ゲート電極14に隣接して前
記第1活性領域の表面に形成された第1導電型拡散層1
8と、前記第1導電型拡散層18に隣接して前記ゲート
電極14から離隔された第2導電型拡散層20と、前記
第1及び第2導電型拡散層18、20を囲む第2導電型
本体領域26で構成される。前記ドレイン領域は前記エ
ピタキシャル層8を垂直に貫通して前記第1導電型埋没
層6に接続されたシンク領域10と、前記シンク領域1
0の上部の前記第2活性領域の表面に形成された高濃度
領域12を含む。前記接合隔離層4の上部にも素子の隔
離のためにフィールド酸化膜がさらに形成される。
【0005】通常のDMOS素子の降伏電圧は前記エピ
タキシャル層8の厚さに比例する。すなわち、高降伏電
圧を有するDMOS素子を形成するために,前記エピタ
キシャル層8を10μm程度の厚さで成長させなければ
ならない。したがって、厚いエピタキシャル層8を貫通
する前記第2導電型接合隔離層10を形成する時に、前
記第2導電型接合隔離層10を形成する不純物の拡散を
考慮して前記接合隔離層とドレイン領域との間に十分な
間隔が必要である。その結果、接合隔離技術が適用され
たDMOS素子で素子隔離構造が占める面積は全体素子
面積の25%以上になる。
【0006】図2は接合隔離構造の問題点を克服するた
めに提案されたトレンチ素子隔離構造を有するDMOS
素子を示す図面である。
【0007】図2を参照すれば、上述の接合隔離構造を
有するDMOS素子のように、トレンチ素子隔離構造を
有するDMOS素子は、半導体基板31に形成された第
1導電型埋没層36、前記埋没層36及び前記半導体基
板31の全面に覆われたエピタキシャル層38、前記エ
ピタキシャル層38に形成されたゲート電極34、ソー
ス領域及びドレイン領域を含む。前記ソース領域及び前
記ドレイン領域は上述の接合隔離構造を有するDMOS
素子と同一の構造を有する。すなわち、前記ソース領域
は第1導電型拡散層48、第2導電型拡散層30及び第
2導電型本体領域44で構成され、前記ドレイン領域は
前記埋没層36に接続されたシンク領域40及び前記シ
ンク領域40の上部に形成された高濃度領域42を含
む。前記エピタキシャル層38及び前記半導体基板31
の一部を貫通して素子隔離構造32が配置される。前記
素子隔離構造32は素子領域を限定する。前記素子隔離
構造32で囲まれた素子領域の所定の領域にフィールド
酸化膜46が配置されて第1及び第2活性領域を限定す
る。前記ゲート電極34及び前記ソース領域は前記フィ
ールド酸化膜46で囲まれた第1活性領域に配置され
る。前記ドレイン領域は前記フィールド酸化膜46及び
前記素子隔離構造32の間の前記第2活性領域内に配置
される。
【0008】図示したように、素子隔離構造32は互い
に隣り合うDMOS素子の間及び他の制御回路との隔離
のために、前記第1導電型埋没層より深く形成されなけ
ればならない。すなわち、70V程度の動作電圧を有す
るDMOS素子で前記素子隔離構造32の深さは約20
μm以上が必要である。しかし、エッチング工程と埋め
立て工程の難しさにより狭い面積で深いトレンチ素子隔
離構造を形成するのには限界がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、素子
隔離能力が優れた隔離構造を有する半導体素子及びその
製造方法を提供することにある。
【0010】本発明の他の課題は、素子領域対比素子隔
離領域の面積が少ない半導体素子及びその製造方法を提
供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上述の課題は、二重隔離
構造を有する半導体素子により達成することができる。
この素子は半導体基板と前記半導体基板の全面に覆われ
た第1導電型のエピタキシャル層を含む。前記半導体基
板の所定の領域及びその上部の前記エピタキシャル層か
らなる素子領域は素子隔離構造により限定される。前記
素子領域内に二重拡散MOSトランジスタが配置され
る。前記素子隔離構造は拡散隔離層及びトレンチ分離構
造の二重構造を有する。前記拡散隔離層は前記半導体基
板内に形成されて前記素子領域の基底面及び下部側壁を
囲み、前記トレンチ分離構造は前記エピタキシャル層を
垂直に貫通して前記素子領域の上部側壁を囲む。前記素
子領域内には高周波素子であるバイポーラトランジスタ
またま高電圧制御回路などが形成されることもできる。
【0012】本発明の一実施形態において、前記素子領
域の前記半導体基板及び前記エピタキシャル層の間の所
定の領域に第1導電型埋没層が介在されることができ、
前記素子領域の前記エピタキシャル層上に第1及び第2
活性領域を限定するフィールド酸化膜が配置されること
ができる。また、前記第1活性領域上にゲート電極が配
置されることができ、前記第1活性領域及び前記第2活
性領域内に各々ソース領域及びドレイン領域が形成され
ることができる。前記ゲート電極、前記ソース領域、前
記ドレイン領域、前記埋没層及び前記埋没層と前記ソー
ス領域との間のエピタキシャル層は垂直型二重拡散トラ
ンジスタを構成する。前記ソース領域は第2導電型本体
領域及前記本体領域の表面に形成された高濃度の第1導
電型拡散層で構成されることができる。
【0013】前記技術的な課題は二重隔離構造を有する
半導体素子の製造方法により提供されることができる。
この方法は、半導体基板内の所定の領域に第2導電型不
純物を注入して下部拡散隔離層を形成し、前記半導体基
板の全面に第1導電型エピタキシャル層を形成すること
を含む。前記エピタキシャル層をパターニングして前記
半導体基板の所定の領域が露出されたトレンチを形成
し、前記トレンチの下部に第2導電型の不純物を注入し
て前記下部拡散隔離層と連結された隔離壁を形成する。
前記下部拡隔離層及び前記拡散隔離壁は拡散隔離層を構
成する。前記トレンチ内に絶縁膜を充填して前記拡散隔
離壁に接触されたトレンチ分離構造を形成する。前記ト
レンチ分離構造及び前記拡散隔離層は前記半導体基板及
び前記エピタキシャル層が積層された素子領域を限定す
る素子隔離構造を形成する。
【0014】本発明の一実施形態において、前記下部拡
散隔離層を形成した後に、前記下部拡散隔離層の上部の
前記半導体基板の表面に第1導電型不純物を注入して第
1導電型埋没層をさらに形成することができる。また、
素子領域を限定した後に、前記素子領域の前記エピタキ
シャル層の上部に第1及び第2活性領域を限定するフィ
ールド酸化膜を形成し、前記第1活性領域にゲート電極
及びソース領域を形成し、前記第2活性領域内にドレイ
ン領域を形成することができる。その結果、前記素子領
域内に垂直型二重拡散MOSトランジスタが形成され
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付した図を参照して、本
発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本
発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形
態で具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介す
る実施形態は開示された内容を徹底して完全にすると共
に、当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供
するものである。図面において、層及び領域の厚さは明
確性のために誇張している。また、層が他の層、または
基板上にあると言及される場合に、それは他の層、また
は基板上に直接形成されることができるもの、またはそ
れらの間に第3の層が介在されることができるものであ
る。明細書の全体にわたって同一の参照番号は同一の構
成要素を示す。
【0016】図3は本発明の望ましい実施形態によるD
MOS素子を有するパワーICの一部分を概略的に示す
断面図である。
【0017】図4は本発明の望ましい実子形態によるD
MOS素子を示す平面図である。
【0018】図3及び図4を参照すれば、パワーICは
高周波高電圧で動作できるように多様な素子で構成され
る。図示したように、パワーICはMOSトランジスタ
、バイポーラトランジスタ及び二重か拡散素子DMO
Sなどを含む。最近、狭いチップ面積で優れた特性を有
する垂直型VDMOS素子(VDMOS:vertic
al doublediffused MOS)がパワ
ーICに主に使用される。各素子は降伏電圧が高い素子
隔離構造により隣り合う素子と隔離される。
【0019】本発明によるDMOS素子は半導体基板5
0の所定の領域に形成された第1導電型の埋没層54を
含む。前記埋没層54及び前記半導体基板50の全面に
第1導電型のエピタキシャル層56が覆われる。前記埋
没層54は前記半導体基板50内に燐P、砒素As、ア
ンチモンSbを所定の厚さで拡散させた不純物拡散層で
形成することができる。また、前記埋没層54は前記エ
ピタキシャル層56に所定の厚さで拡散されている。前
記エピタキシャル層56も燐P、砒素As、アンチモン
Sbが含有されてn型導電型を有する。この時に、前記
エピタキシャル層56は前記埋没層54より低い濃度で
ドーピングされる。前記エピタキシャル層56及び前記
半導体基板の一部を貫通して前記DMOS素子の素子領
域を限定する素子隔離構造90が配置されている。前記
素子隔離構造90は前記半導体基板50に形成されて前
記素子領域の下部を囲む拡散隔離層63及び前記エピタ
キシャル層56に形成されて前記素子領域の上部側壁を
囲むトレンチ分離構造64を含む。前記拡散隔離層63
は前記半導体基板50内に第2導電型不純物が拡散した
不純物拡散層からなる。例えば、前記拡散隔離層63は
硼素B、フッ化硼素BFまたはインジウムInを含有
した不純物拡散層で形成することができる。前記拡散隔
離層63は下部拡散隔離層52及び拡散隔離壁62で構
成される。前記下部拡散隔離層52は前記素子領域の基
底面に形成され、前記拡散隔離壁62は前記下部拡散隔
離層52と連結されて前記素子領域の下部側壁を囲む。
すなわち、前記拡散隔離層63は前記素子領域の半導体
基板部分を周辺の半導体基板から隔離させる。前記下部
拡散隔離層52は水平に拡張されて隣り合うDMOS素
子または高電圧制御回路が形成される素子領域の下部ま
で拡張することができる。
【0020】前記素子隔離構造90により限定された前
記素子領域の所定の領域にフィールド酸化膜66が配置
されて第1活性領域a1及び第2活性領域a2を限定す
る。この時に、前記フィールド酸化膜66で囲まれた領
域は第1活性領域a1に該当し、前記フィールド酸化膜
66及び前記素子隔離構造90の間の領域は第2活性領
域a2に該当する。前記フィールド酸化膜66はLOC
OS技術を使用して形成することができる。
【0021】前記第1活性領域a1上にゲート電極74
が配置される。前記ゲート電極74及び前記第1活性領
域a1の間にゲート絶縁膜が介在される。また前記ゲー
ト電極74は前記フィールド酸化膜66と重畳された領
域を有する。
【0022】図4に示したように、典型的なDMOS素
子においては前記ゲート電極74はメッシュ形態の構造
を有することができる。すなわち、前記ゲート電極74
は前記第1活性領域a1を露出させる複数の開口部を有
する。前記開口部に露出された前記第1活性領域a1内
にソース領域が形成され、前記第2活性領域a2内にド
レイン領域が形成される。前記ソース領域は第1導電型
拡散層78及び第2導電型本体領域76で構成される。
前記第1導電型拡散層78は前記ゲート電極74に隣接
して前記第1活性領域a1内に形成される。前記第2導
電型本体領域76は前記第1導電型拡散層78より深く
拡散されて前記第1導電型拡散層78を囲み、前記ゲー
ト電極74の下部と重畳された領域を有する。すなわ
ち、前記第1導電型拡散層78は前記第2導電型本体領
域76の表面に形成される。DMOS素子に寄生バイポ
ーラトランジスタがターンオンされるのを防止するため
に、前記ソース領域は前記第2導電型本体領域76の表
面に第2導電型拡散層80をさらに形成することもでき
る。例えば、前記第1導電型拡散層78は前記開口部に
露出された第1活性領域a1のエッジに形成されてルー
プ構造を有し、前記第2導電型拡散層80は前記ループ
構造に囲まれた領域に形成されることもできる。前記第
2導電型拡散層80は前記本体領域76より高い濃度で
ドーピングされる。
【0023】前記フィールド酸化膜66は前記素子隔離
構造90から離隔されて前記素子領域上に形成される。
前記フィールド酸化膜66はループ形成を有して、前記
フィールド酸化膜で囲まれた領域内に第1活性領域a1
を限定し、前記フィールド酸化膜66と前記素子隔離構
造90との間に第2活性領域a2を限定する。前記ドレ
イン領域は前記第2活性領域a2内に形成されて前記埋
没層54に垂直に接続された第1導電型のシンク領域7
0と、前記シンク領域70が形成された前記第2活性領
域a2の表面に形成された高濃度領域82を含む。前記
ドレイン領域及び前記ソース領域に各々ドレイン電極D
C及びソース電極SCが接続される。前記ソース電極S
Cは前記第1導電型拡散層78及び前記第2導電型拡散
層80に共通に接続されてDMOSが動作する間、寄生
バイポーラトランジスタがターンオンされるのを抑制す
ることができる。
【0024】上述のように、本発明の素子隔離構造は半
導体基板内に形成される拡散隔離層とエピタキシャル層
に形成されるトレンチ素子隔離構造の二重構造を有す
る。したがって、トレンチ素子隔離構造の形成が容易で
あり、接合隔離構造に比べて素子隔離構造が占有する面
積を減らすことができる。
【0025】図5乃至図13は本発明の望ましい実施形
態によるDMOS素子の製造方法を説明するための工程
断面図である。
【0026】図5及び図6を参照すれば、半導体基板5
0の所定の領域内に第2導電型の不純物を注入して下部
拡散隔離層52を形成する。前記下部拡散隔離層52は
前記半導体基板50内にp型不純物、例えば、硼素B、
フッ化硼素BFまたはインジウムInを注入して形成
することができる。例えば、前記半導体基板内に硼素を
1×1014/cm乃至1×1015/cm濃度で
注入して形成することができる。次に、前記下部拡散隔
離層50の上部の半導体基板の表面に第1導電型不純物
を注入して第1導電型埋没層54を形成する。前記埋没
層54は前記下部拡散隔離層52の上部の所定領域にn
型不純物、例えば、燐P、砒素As、またはアンチモン
Sbを高い濃度で注入して形成することができる。
【0027】図7を参照すれば、前記埋没層54及び前
記半導体基板50の全面に第1導電型のエピタキシャル
層56を成長させる。前記エピタキシャル層56は約1
0μm程度の厚さで形成することができる。この時に、
前記エピタキシャル層56を成長させる間、前記第1導
電型の埋没層54が外部拡散されて前記エピタキシャル
層56及び前記半導体基板50に拡散される。これによ
って、前記埋没層54は約3μm乃至10μm程度の厚
さを有する。これに加えて、前記エピタキシャル層56
を形成する前に、または後に、前記基板に熱工程を適用
して前記埋没層54を拡散させることもできる。前記エ
ピタキシャル層56は前記埋没層54より低い濃度でド
ーピングされることが望ましい。
【0028】図8及び図9を参照すれば、前記エピタキ
シャル層56の上部にハードマスクパターン58を形成
し、前記ハードマスクパターン58をエッチングマスク
として使用して前記エピタキシャル層56をエッチング
して前記半導体基板50の所定の領域を露出させるトレ
ンチ60を形成する。前記トレンチ60は前記エピタキ
シャル層56の所定の領域を囲むループ形態を有するよ
うに形成する。次に、前記ハードマスクパターン58を
イオン注入マスクとして使用して前記トレンチ60の底
に露出された前記半導体基板50内に第2導電型の不純
物を注入する。その結果、前記半導体基板50内に拡散
隔離壁62が形成される。前記拡散隔離壁62は前記下
部拡散隔離層52と連結されて前記半導体基板50の所
定の領域を周囲の半導体基板から隔離させる拡散隔離層
63を形成する。すなわち、前記拡散隔離層63は前記
半導体基板50の所定の領域の側壁及び基底面を囲む。
前記ハードマスクパターン58はシリコン窒化膜で形成
することが望ましい。前記ハードマスクパターン58及
び前記エピタキシャル層56の間にバッファ酸化膜がさ
らに介在されることができる。
【0029】図10を参照すれば、前記エピタキシャル
層の上部に前記トレンチを充填する絶縁膜を形成し、前
記絶縁膜を化学機械的研磨工程を使用して研磨し、前記
トレンチの内部にトレンチ分離構造64を形成する。次
に、前記ハードマスクパターン58を除去して前記エピ
タキシャル層56を露出させる。前記トレンチ分離構造
は通常の浅いトレンチ隔離技術を適用して形成すること
ができる。この時に、前記トレンチの内部を充填する絶
縁膜は優れた埋め立て性を有する絶縁膜として、例え
ば、PEOX(plasma enhanced ox
ide)またはHDP酸化膜(high densit
y plasma oxide)を使用することができ
る。前記拡散隔離層63及び前記トレンチ分離構造64
は素子隔離構造90を形成する。前記素子隔離構造90
により囲まれた領域は素子領域に該当する。
【0030】図11を参照すれば、前記素子領域のエピ
タキシャル層56上にフィールド酸化膜66を形成して
第1活性領域a1及び第2活性領域a2を限定する。前
記フィールド酸化膜66は前記素子隔離構造90から離
隔されて前記素子領域にループ形態で形成することがで
きる。前記フィールド酸化膜66で囲まれた領域は第1
活性領域a1に該当し、前記フィールド酸化膜66及び
素子隔離構造90の間の領域は第2活性領域a2に該当
する。前記フィールド酸化膜66は通常のLOCOS工
程を使用して形成することができる。前記第2活性領域
a2内に第1導電型不純物を注入して前記埋没層54と
連結されたシンク領域70を形成する。前記シンク領域
70は前記フィールド酸化膜66を形成する前に、また
は後に形成することができる。前記シンク領域70を前
記フィールド酸化膜66を形成する前に形成する場合
に、前記フィールド酸化膜66を形成するために、熱酸
化工程を実施する間、前記シンク領域70の抵抗を低下
させることができる。しかし、前記フィールド酸化膜6
6を形成した後に、前記シンク領域70を形成する場合
に、前記シンク領域70を形成した後に、前記シンク領
域を有する基板に熱工程を適用して前記シンク領域70
の抵抗を低下させることが望ましい。
【0031】前記シンク領域70は前記エピタキシャル
層56内にn型不純物を注入して形成することができ
る。すなわち、前記シンク領域70は前記エピタキシャ
ル層56内に燐P、砒素As、またはアンチモンSbを
注入して形成することができる。この時に、前記シンク
領域70は前記エピタキシャル層より高い濃度でドーピ
ングすることが望ましい。例えば、前記シンク領域70
は前記エピタキシャル層56内に100KeV乃至50
0KeVのエネルギーで1×1014/cm乃至5×
1015/cmの濃度で注入して形成することができ
る。
【0032】図12を参照すれば、前記第1活性領域上
にゲートパターン74を形成する。前記ゲートパターン
74は前記フィールド酸化膜66の上部に重畳された領
域を有することができる。また、前記ゲートパターン7
4は図4に示したように、前記第1活性領域a1の所定
の部分が露出された複数の開口部を有するメッシュ形態
の構造で形成することができる。これによって、DMO
S素子は複数のソースセルを有するようになって、電力
ドライブ特性が向上する。前記ゲート電極74及び前記
第1活性領域a1の間にはゲート絶縁膜72が介在され
る。続けて、前記第1活性領域a1を露出させるフォト
レジストパターン(図示せず)及び前記ゲート電極74
をイオン注入マスクとして使用して前記第1活性領域a
1内に第2導電型の不純物を注入する。次に、前記第2
不純物が注入された基板が熱工程を適用して前記開口部
に露出された第1活性領域a1内に第2導電型本体領域
76を形成する。前記本体領域76は前記ゲート電極7
4の下部まで拡散されて前記ゲート電極74の下部と重
畳された領域を有する。前記本体領域76は硼素B、フ
ッ素硼素BFまたはインジウムInなどのp型不純物
を注入して形成することができる。
【0033】図13を参照すれば、前記ゲートパターン
74に形成された開口部内に露出された前記第1活性領
域a1及び前記第2活性領域a2の表面に第1導電型の
不純物を注入する。その結果、前記第1活性領域a1の
表面には第1導電型拡散層78が形成され、前記第2活
性領域a2の表面には第1導電型の高濃度領域82が形
成される。この時に、前記第1導電型拡散層はフォトレ
ジストパターン(図示せず)を使用して前記ゲート電極
に隣接した前記開口部のエッジにループ形態で形成する
ことができる。前記第1導電型拡散層78及び前記高濃
度領域82は燐P、砒素As、またはアンチモンSbな
どのn型不純物を注入して形成することができる。この
時に、前記題1導電型拡散層及び前記高濃度拡散層82
は前記エピタキシャル層56より高い濃度でドーピング
することが望ましい。また、前記高濃度拡散層82は前
記シンク領域70より高い温度で形成することが望まし
い。
【0034】DMOS素子が動作する間、寄生バイポー
ラトランジスタがターンオンされるのを防止するため
に、前記本体領域76の表面に高濃度の第2導電型拡散
層80を形成して前記第1導電型拡散層78と前記第2
導電型拡散層80に共通電極を接続させることが望まし
い。例えば、前記第1導電型拡散層78をループ形態で
形成する場合に、前記第1導電型拡散層78で囲まれた
領域に第2導電型不純物を注入して第2導電型拡散層8
0を形成することができる。前記第2導電型拡散層は硼
素B、フッ化硼素BF、またはインジウムInなどの
p型不純物を注入して形成することができる。この時
に、前記第2導電型拡散層80は前記第2導電型の本体
領域76より高い濃度でドーピングすることが望まし
い。前記第1導電型拡散層78及び前記第2導電型拡散
層80は前記本体領域76の表面に多様な形態で形成さ
れることができる。
【0035】前記第1導電型拡散層78、前記第2導電
型拡散層80及び前記第2導電型本体領域76はDMO
Sトランジスタのソース領域を構成する。また、前記シ
ンク領域70及び前記第1導電型の高濃度領域82はD
MOSトランジスタのドレイン領域を構成する。
【0036】さらに、図示しないが、通常の方法を使用
して前記ゲート電極74、前記ソース領域及び前記ドレ
イン領域に各々接続されたゲート電極、ソース電極及び
ドレイン電極を形成することができる。この時に、前記
ソース電極は前記第1導電型拡散層及び前記第2導電型
拡散層に共通に接続されることができる。
【0037】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、二重素
子隔離構造によれば、制限された面積で優れた素子隔離
特性を有する素子隔離構造を形成することができる。す
なわち、従来の接合素子隔離構造を有する半導体素子で
外部拡散による素子分離領域の増加を解決することがで
き、単一素子隔離構造を有する半導体素子で15μm以
上のトレンチ分離構造を形成し難しい短所を克服して深
い素子隔離構造を形成することができる。その結果、高
周波、高電圧で動作する半導体素子の素子隔離能力を顕
著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 接合隔離技術が適用された素子隔離構造を有
する従来のDMOS素子を示す断面図である。
【図2】 接合隔離技術の問題点を克服するために提案
されたトレンチ素子隔離構造を有するDMOS素子を示
す図面である。
【図3】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子を有するパワーICの一部分を概略的に示す断面図で
ある。
【図4】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子を示す平面図である。
【図5】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図6】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図7】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図8】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図9】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図10】本発明の望ましい実施形態によるDMOS素
子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図11】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS
素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図12】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS
素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図13】 本発明の望ましい実施形態によるDMOS
素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
a1 第1活性領域 a2 第2活性領域 50 半導体基板 52 下部拡散隔離層 54 埋没層 56 エピタキシャル層 62 拡散隔離壁 63 拡散隔離膜 64 トレンチ分離構造 66 フィールド酸化膜 70 シンク領域 72 ゲート絶縁膜 74 ゲート電極 76 本体領域 78 第1導電型拡散層 80 第2導電型拡散層 82 高濃度領域 90 素子隔離構造
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/761 H01L 21/76 L 21/8249 J 27/06 29/78 658A 29/78 658F 652 658E 656 27/06 321C 29/78 301D Fターム(参考) 5F032 AA13 AA35 AA77 AB01 BB01 CA03 CA17 CA18 CA24 DA04 DA12 DA22 DA33 DA43 DA44 DA74 5F048 AA01 AA03 AA04 AA05 AC06 AC07 BA02 BA12 BA13 BC03 BC07 BD09 BG01 BG13 BH01 BH03 BH07 CA03 CA07 CB06 5F140 AA25 AA39 AB01 AB04 AC23 BC06 BC12 BF52 BH05 BH13 BH25 BH30 BK13 CB00 CB01 CB04 CD02

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の全面に覆われた第1導電型のエピタキ
    シャル層と、 前記半導体基板の所定の領域及びその上部のエピタキシ
    ャル層からなる素子領域と、 前記素子領域内に形成された二重拡散MOSトランジス
    タと、 拡散隔離層及びトレンチ分離構造の二重構造を有し、前
    記素子領域を限定する素子隔離構造とを含み、前記拡散
    隔離層は前記半導体基板内に形成され、前記素子領域の
    基底面及び下部側壁を囲み、前記トレンチ分離構造は前
    記エピタキシャル層を垂直に貫通して前記素子領域の上
    部側壁を囲むことを特徴とする半導体素子。
  2. 【請求項2】 前記拡散隔離層は第2導電型の不純物が
    ドーピングされた層であることを特徴とする請求項1に
    記載の半導体素子。
  3. 【請求項3】 前記トレンチ分離構造は前記拡散隔離層
    と連結されることを特徴とする請求項1に記載の半導体
    素子。
  4. 【請求項4】 前記拡散隔離層は、前記素子領域の基底
    面の下部に形成された下部拡散隔離層及び、 前記下部拡散隔離層に連結され、前記素子領域の下部側
    壁を囲む拡散隔離壁を含むことを特徴とする請求項1に
    記載の半導体素子。
  5. 【請求項5】 前記拡散隔離壁は前記トレンチ分離構造
    と連結されることを特徴とする請求項4に記載の半導体
    素子。
  6. 【請求項6】 前記垂直型トランジスタは、 前記素子隔離構造から離隔されて前記半導体基板及び前
    記エピタキシャル層の間に介在された第1導電型の埋没
    層と、 前記素子領域の前記エピタキシャル層の上部に形成さ
    れ、第1活性領域及び第2活性領域を限定するフィール
    ド酸化膜と、 前記第1活性領域上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極に隣接して前記第1活性領域内に形成さ
    れたソース領域と、 前記第2活性領域内に形成されて前記埋没層に接続され
    たドレイン領域とを含むことを特徴とする請求項1に記
    載の半導体素子。
  7. 【請求項7】 前記ソース領域は、 前記ゲート電極に隣接して前記第1活性領域の表面に形
    成された第1導電型拡散層と、 前記第1導電型拡散層より深く拡散されて前記第1導電
    型拡散層を囲み、前記ゲート電極の下部に重畳された領
    域を有する第2導電型本体領域とを含むことを特徴とす
    る請求項6に記載の半導体素子。
  8. 【請求項8】 前記ドレイン領域は、 前記エピタキシャル層を垂直に貫通して前記埋没層に接
    続された第1導電型シンク領域と、 前記シンク領域の上部の前記第2活性領域の表面に形成
    された第1導電型の高濃度領域とを含むことを特徴とす
    る請求項6に記載の半導体素子。
  9. 【請求項9】 半導体基板と、 前記半導体基板の全面に覆われた第1導電型のエピタキ
    シャル層と、 前記半導体基板の所定の領域及びその上部のエピタキシ
    ャル層からなる素子領域と、 拡散隔離層及びトレンチ分離構造の二重構造を有し、前
    記素子領域を限定する素子隔離構造と、 前記素子領域の前記半導体基板及び前記エピタキシャル
    層の間の所定の領域に介在された第1導電型埋没層と、 前記素子領域の前記エピタキシャル層上に配置されて第
    1及び第2活性領域を限定するフィールド酸化膜と、 前記第1活性領域上に配置されたゲート電極と、 前記第1活性領域及び前記第2活性領域内に各々形成さ
    れたソース領域及びドレイン領域を含み、前記拡散隔離
    層は前記半導体基板内に形成されて前記素子領域の基底
    面及び下部側壁を囲み、前記トレンチ分離構造は前記エ
    ピタキシャル層を垂直に貫通して前記素子領域の上部側
    壁を囲むことを特徴とする半導体素子。
  10. 【請求項10】 前記エピタキシャル層は前記埋没層よ
    り低い濃度でドーピングされることを特徴とする請求項
    9に記載の半導体素子。
  11. 【請求項11】 前記拡散隔離層は第2導電型の不純物
    がドーピングされた層であることを特徴とする請求項9
    に記載の半導体素子。
  12. 【請求項12】 前記トレンチ分離構造は前記拡散隔離
    層と連結されることを特徴とする請求項9に記載の半導
    体素子。
  13. 【請求項13】 前記拡散隔離層は、 前記素子領域の基底面の下部に形成された下部拡散隔離
    層及び、 前記下部拡散隔離層に連結され、前記素子領域の下部側
    壁を囲む拡散隔離壁とを含むことを特徴とする請求項9
    に記載の半導体素子。
  14. 【請求項14】 前記拡散隔離壁は前記トレンチ分離構
    造と連結されることを特徴とする請求項13に記載の半
    導体素子。
  15. 【請求項15】 前記フィールド酸化膜は、 前記素子隔離構造から離隔されて前記第1活性領域を囲
    むことを特徴とする請求項9に記載の半導体素子。
  16. 【請求項16】 前記第2活性領域は前記フィールド酸
    化膜及び前記素子隔離構造の間の領域であることを特徴
    とする請求項9に記載の半導体素子。
  17. 【請求項17】 前記ソース領域は、 前記ゲート電極に隣接して前記第1活性領域の表面に形
    成された第1導電型拡散層と、 前記第1導電型拡散層より深く拡散されて前記第1導電
    型拡散層を囲み、前記ゲート電極の下部に重畳された領
    域を有する第2導電型本体領域とを含むことを特徴とす
    る請求項9に記載の半導体素子。
  18. 【請求項18】 前記ソース領域は、 前記第1導電型拡散層に隣接し、前記ゲート電極から離
    隔されて前記第1活性領域の表面に形成された第2導電
    型拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項17に記
    載の半導体素子。
  19. 【請求項19】 前記第2導電型拡散層は前記本体領域
    より高い濃度でドーピングされることを特徴とする請求
    項18に記載の半導体素子。
  20. 【請求項20】 前記ドレイン領域は前記エピタキシャ
    ル層より高い濃度の第1導電型でドーピングされること
    を特徴とする請求項9に記載の半導体素子。
  21. 【請求項21】 前記ドレイン領域は、 前記エピタキシャル層を垂直に貫通して前記埋没層に接
    続された第1導電型シンク領域及び、 前記シンク領域の上部に前記第2活性領域の表面に形成
    された第1導電型の高濃度領域を含むことを特徴とする
    請求項9に記載の半導体素子。
  22. 【請求項22】 前記シンク領域及び前記高濃度領域は
    前記エピタキシャル層より高い濃度の第1導電型でドー
    ピングされ、前記高濃度領域は前記シンク領域より高い
    濃度でドーピングされることを特徴とする請求項21に
    記載の半導体素子。
  23. 【請求項23】 前記ゲート電極は前記フィールド酸化
    膜と重畳された領域を有することを特徴とする請求項9
    に記載の半導体素子。
  24. 【請求項24】 前記ゲート電極は前記第1活性領域の
    所定の領域を露出させる複数の開口部が形成されたメッ
    シュ型構造を有することを特徴とする請求項9に記載の
    半導体素子。
  25. 【請求項25】 前記ソース領域は、 前記ゲート電極の下部と重畳された領域を有し、前記開
    口部に露出された前記第1活性領域に形成された第2導
    電型本体領域と、 前記開口部のエッジの第2導電型本体領域の表面に形成
    され、前記ゲート電極に隣接した第1導電型拡散層と、 前記第2導電型本体領域の表面の前記第1導電型拡散層
    で囲まれた領域に形成された第2導電型拡散層とを含む
    ことを特徴とする請求項24に記載の半導体素子。
  26. 【請求項26】 半導体基板内の所定の領域に第2導電
    型不純物を注入して下部拡散隔離層を形成する段階と、 前記半導体基板の全面に第2導電型エピタキシャル層を
    形成する段階と、 前記エピタキシャル層をパターニングして前記半導体基
    板の所定の領域が露出されたトレンチを形成する段階
    と、 前記トレンチの下部に第2導電型の不純物を注入して前
    記下部拡散隔離層と連結された拡散隔離壁を形成する段
    階と、 前記トレンチ内に絶縁膜を充填して前記拡散隔離壁に接
    触されたトレンチ分離構造を形成する段階とを含み、前
    記トレンチ分離構造、前記拡散隔離壁及び前記下部拡散
    隔離層は前記半導体基板及び前記エピタキシャル層が積
    層された素子領域を限定することを特徴とする半導体素
    子の製造方法。
  27. 【請求項27】 前記エピタキシャル層を形成する前
    に、 前記下部拡散隔離層の上部の前記半導体基板の表面に第
    1導電型の不純物を注入して第1導電型の埋没層を形成
    する段階をさらに含み、前記埋没層は前記下部拡散隔離
    層及び前記拡散隔離壁から離隔されたことを特徴とする
    請求項26に記載の半導体素子の製造方法。
  28. 【請求項28】 前記トレンチ分離構造を形成した後
    に、 前記素子領域に第1及び第2活性領域を分けるフィール
    ド酸化膜を形成する段階と、 前記第1活性領域上に複数の開口部を有するメッシュ型
    ゲート電極を形成する段階と、 前記ゲート電極の開口部内の前記第1活性領域内にソー
    ス領域を形成する段階と、 前記第2活性領域内に前記埋没層に接続されたドレイン
    領域を形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請
    求項26に記載の半導体素子の製造方法。
  29. 【請求項29】 前記トレンチ、前記拡散隔離壁及び前
    記トレンチ分離構造を形成する段階は、 前記エピタキシャル層上にハードマスクパターンを形成
    する段階と、 前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして使
    用して前記エピタキシャル層をエッチングして前記半導
    体基板の所定の領域を露出させるトレンチを形成する段
    階と、 前記ハードマスクパターンをイオン注入マスクとして使
    用して前記トレンチの底に第2導電型不純物を注入する
    段階と、 前記トレンチ内に絶縁膜を形成する段階と、 前記ハードマスクパターンを除去する段階とを含むこと
    を特徴とする請求項26に記載の半導体素子の製造方
    法。
  30. 【請求項30】 半導体基板内の所定の領域に第2導電
    型不純物を注入して下部拡散隔離層を形成する段階と、 前記下部拡散隔離層の上部の前記半導体基板の表面に第
    1導電型不純物を注入して第1導電型埋没層を形成する
    段階と、 前記埋没層及び前記半導体基板の全面を覆う第2導電型
    エピタキシャル層を形成する段階と、 前記エピタキシャル層をパターニングして前記エピタキ
    シャル層の所定の領域を囲み、前記半導体基板の所定の
    領域を露出させるトレンチを形成する段階と、 前記トレンチの下部に第2導電型の不純物を注入して前
    記下部拡散隔離層と連結されて前記半導体基板の所定の
    領域を囲む拡散隔離壁を形成する段階と、 前記トレンチ内に絶縁膜を充填して前記拡散隔離壁に接
    触されたトレンチ分離構造を形成する段階と、 前記トレンチ分離構造で囲まれた前記エピタキシャル層
    の上部に第1及び第2活性領域を限定するフィールド酸
    化膜を形成し、前記第1活性領域は前記フィールド酸化
    膜で囲まれ、前記第2活性領域を前記フィールド酸化膜
    及び前記トレンチ分離構造の間に限定する段階と、 前記第1活性領域にゲート電極及びソース領域を形成す
    る段階と、 前記第2活性領域内にドレイン領域を形成する段階とを
    含み、前記トレンチ分離構造、前記拡散隔離壁及び前記
    下部拡散隔離層は前記半導体基板及び前記エピタキシャ
    ル層が積層された素子領域を限定することを特徴とする
    半導体素子の製造方法。
  31. 【請求項31】 前記第1導電型不純物は砒素As、燐
    P及びアンチモンSbのうち選択された一つであること
    を特徴とする請求項30に記載の半導体素子の製造方
    法。
  32. 【請求項32】 前記第2導電型不純物は硼素B、フッ
    化硼素BF及びインジウムInのうち選択された一つ
    であることを特徴とする請求項30に記載の半導体素子
    の製造方法。
  33. 【請求項33】 前記ゲート電極は前記フィールド酸化
    膜と重畳された領域を有するように形成することを特徴
    とする請求項30に記載の半導体素子の製造方法。
  34. 【請求項34】 前記ゲート電極は前記第1活性領域の
    所定の領域を露出させる複数の開口部を有するようにメ
    ッシュ形態の構造を有するように形成することを特徴と
    する請求項30に記載の半導体素子の製造方法。
  35. 【請求項35】 前記ソース領域を形成する段階は、 前記開口部に露出された前記第1活性領域内に第2導電
    型不純物を注入して前記ゲート電極の下部と重畳された
    領域を有する第2導電型本体領域を形成する段階と、 前記開口部に露出された前記第1活性領域のエッジ内に
    第1導電型不純物を注入して前記ゲート電極と隣接する
    第1導電型拡散層を形成する段階と、 前記開口部内に前記第1導電型拡散層で囲まれた領域に
    第2導電型不純物を注入して前記ゲート電極から離隔さ
    れた第2導電型拡散層を形成する段階とを含むことを特
    徴とする請求項30に記載の半導体素子の製造方法。
  36. 【請求項36】 前記第2導電型拡散層は前記本体領域
    より高い濃度でドーピングすることを特徴とする請求項
    35に記載の半導体素子の製造方法。
  37. 【請求項37】 前記ドレイン領域を形成する段階は、 前記第2活性領域内に第1導電型の不純物を注入して前
    記埋没層に垂直に連結されたシンク領域を形成する段階
    と、 前記第2活性領域の表面に第1導電型の不純物を注入し
    て高濃度拡散層を形成する段階とを含むことを特徴とす
    る請求項30に記載の半導体素子の製造方法。
  38. 【請求項38】 前記高濃度拡散層は前記シンク領域よ
    り高い濃度でドーピングすることを特徴とする請求項3
    7に記載の半導体素子の製造方法。
  39. 【請求項39】 前記シンク領域は前記フィールド酸化
    膜を形成する前に形成することを特徴とする請求項37
    に記載の半導体素子の製造方法。
  40. 【請求項40】 前記シンク領域は前記フィールド酸化
    膜を形成した後に形成することを特徴とする請求項37
    に記載の半導体素子の製造方法。
  41. 【請求項41】 前記シンク領域を形成した後に、 前記半導体基板に熱処理工程を実施して前記シンク領域
    の抵抗を低めることを特徴とする請求項37に記載の半
    導体素子の製造方法。
  42. 【請求項42】 前記トレンチ、前記拡散隔離壁及び前
    記トレンチ分離構造を形成する段階は、前記エピタキシ
    ャル層上にハードマスクパターンを形成する段階と、 前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして使
    用して前記エピタキシャル層をエッチングして前記半導
    体基板の所定の領域を露出させるトレンチを形成する段
    階と、 前記ハードマスクパターンをイオン注入マスクとして使
    用して前記トレンチの底に第2導電型不純物を注入する
    段階と、 前記トレンチ内に絶縁膜を形成する段階と、 前記ハードマスクパターンを除去する段階とを含むこと
    を特徴とする請求項30に記載の半導体素子の製造方
    法。
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