JP2006093229A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that is provided with a low-potential reference circuit, a high-potential reference circuit, and a level shifting circuit on the surface layer of an SOI substrate and is secured in the degree of freedom for circuit design, by suppressing the influence of a rapidly changing voltage to the other circuit even if the voltage is applied to one of the circuits. <P>SOLUTION: In the semiconductor device 100, forming areas of the low-potential reference circuit, the high-potential reference circuit, and the level shifting circuit are insulated and separated from one another by a first trench 4 formed to reach an embedded oxidized film 3, and a first impurity layer 1a having the same conductivity type as that of a first semiconductor layer 1 and a impurity concentration higher than that of the layer 1 is formed on the embedded oxidized layer 3 in the first semiconductor layer 1. In addition, a second embedded oxidized layer 3a is formed in the first semiconductor layer 1 in the forming area of at least one of the low-potential reference circuit, the high-potential reference circuit, and the level shifting circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けら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 a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in a first semiconductor layer on the main surface side of an SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film, and a manufacturing method thereof.

埋め込み酸化膜を有するSOI(Silicon On Insulator)構造半導体基板の主面側の第1半導体層に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置およびその製造方法が、例えば、特許第3384399号公報(特許文献1)および特開2004−6555号公報(特許文献2)に開示されている。   A semiconductor device in which a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in a first semiconductor layer on the main surface side of an SOI (Silicon On Insulator) structure semiconductor substrate having a buried oxide film, and a manufacturing method thereof For example, it is disclosed in Japanese Patent No. 3384399 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-6555 (Patent Document 2).

図10(a)は、特許文献1に開示されているモータ制御用インバータのパワー部分を中心に説明する回路構成図である。三相モータMoを駆動するために用いるパワーデバイス(ここでは、IGBTであるQ1〜Q6とダイオードであるD1〜D6を示す)は、ブリッジ回路を構成し、同一パッケージに収納されたパワーモジュールの構造をしている。主電源VCCは、通常、直流100〜400Vと高電圧である。主電源VCCの高電位側をVCCH 、低電位側をVCCL と表した場合、VCCHに接続されるIGBTQ1〜Q3を駆動するためには、IGBTのゲート電極の電位はこれよりさらに高電位となる。このため、駆動回路には、フォトカプラー(PC:Photo Coupler)や高耐圧IC(HVIC:High Voltage Integrated Circuit)90が用いられる。駆動回路の入出力端子(I/O:Input / Output)は、通常マイクロコンピュータへ接続され、そのマイクロコンピュータにより、インバータ全体の制御がなされる。 FIG. 10A is a circuit configuration diagram illustrating mainly the power portion of the motor control inverter disclosed in Patent Document 1. FIG. The power devices used to drive the three-phase motor Mo (here, IGBTs Q1 to Q6 and diodes D1 to D6 are shown) constitute a bridge circuit, and the structure of the power module housed in the same package I am doing. The main power supply V CC is usually a high voltage of 100 to 400 VDC. When the high potential side of the main power supply V CC is represented as V CCH and the low potential side is represented as V CCL , the potential of the gate electrode of the IGBT is higher than this in order to drive the IGBTs Q1 to Q3 connected to V CCH. It becomes a potential. For this reason, a photocoupler (PC: Photo Coupler) and a high voltage IC (HVIC: High Voltage Integrated Circuit) 90 are used for the drive circuit. The input / output terminals (I / O: Input / Output) of the drive circuit are usually connected to a microcomputer, and the microcomputer controls the entire inverter.

図10(b)に、図10(a)で用いられる高耐圧IC(HVIC)の内部構成ユニットのブロック図を示す。   FIG. 10B is a block diagram of an internal configuration unit of the high voltage IC (HVIC) used in FIG.

図10(b)に示す高耐圧IC90は、制御回路(CU:Control Unit)、低電位基準回路であるゲート駆動回路GDU(Gate Drive Unit)4〜6、高電位基準回路であるゲート駆動回路GDU1〜3およびレベルシフト回路(LSU:Level Shift Unit)から構成されている。制御回路CUは、入出力端子I/Oを通してマイクロコンピュータと信号のやりとりを行い、図10(a)のどのIGBTをオンさせ、どれをオフさせるかの制御信号を発生させる。低電位基準回路であるゲート駆動回路GDU(Gate Drive Unit)4〜6は、図10(a)の主電源VCCの低電位側VCCLに接続するIGBTQ4〜Q6を駆動する。高電位基準回路であるゲート駆動回路GDU1〜3は、図10(a)の主電源VCCの高電位側VCCHに接続するIGBTQ1〜Q3を駆動する。レベルシフト回路LSUは、VCCL レベルの制御回路CUの信号と、VCCHレベルとVCCL レベルの間を行き来するGDU1〜3の信号(SIN1〜3、SOUT1〜3)との間を、媒介する働きをする。 The high voltage IC 90 shown in FIG. 10B includes a control circuit (CU: Control Unit), gate drive circuits GDU (Gate Drive Unit) 4 to 6 which are low potential reference circuits, and a gate drive circuit GDU1 which is a high potential reference circuit. 3 and a level shift circuit (LSU: Level Shift Unit). The control circuit CU exchanges signals with the microcomputer through the input / output terminal I / O, and generates a control signal indicating which IGBT in FIG. 10A is turned on and which is turned off. Gate drive circuits GDU (Gate Drive Unit) 4 to 6 which are low potential reference circuits drive IGBTs Q4 to Q6 connected to the low potential side V CCL of the main power supply V CC in FIG. The gate drive circuits GDU1 to GDU1 to 3 which are high potential reference circuits drive the IGBTs Q1 to Q3 connected to the high potential side V CCH of the main power supply V CC in FIG. The level shift circuit LSU is a signal V CCL level of the control circuit CU, GDU1~3 signals alternate between the V CCH level and the V CCL level (SIN1~3, SOUT1~3) between mediate Work.

上記図10(a),(b)に示す高耐圧IC90のように、低電位基準回路と高電位基準回路が設けられた半導体装置では、低電位基準回路の形成領域と高電位基準回路の形成領域を分離する構造が採用されている。上記の分離構造としては、pn接合を用いる接合分離構造と、SiOなどの誘電体を用いる誘電体分離構造が一般的である。 In a semiconductor device provided with a low potential reference circuit and a high potential reference circuit, such as the high voltage IC 90 shown in FIGS. 10A and 10B, the formation region of the low potential reference circuit and the formation of the high potential reference circuit are provided. A structure that separates the regions is employed. As the isolation structure, a junction isolation structure using a pn junction and a dielectric isolation structure using a dielectric such as SiO 2 are generally used.

図11に、特許文献2に開示されている従来の高耐圧ICを示す。   FIG. 11 shows a conventional high voltage IC disclosed in Patent Document 2.

図11に示す高耐圧IC91は、低電位(GND)基準回路、高電位(浮遊)基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、GND基準回路の形成領域と浮遊基準回路およびレベルシフト回路の形成領域の分離には、pn接合分離が用いられている。   A high voltage IC 91 shown in FIG. 11 is a semiconductor device provided with a low potential (GND) reference circuit, a high potential (floating) reference circuit, and a level shift circuit, and a GND reference circuit forming region, a floating reference circuit, A pn junction isolation is used to isolate the formation region of the level shift circuit.

図11に示すpn接合分離を用いた高耐圧IC91では、分離に用いるpn接合の各々に接合容量が存在して一種のコンデンサが形成されるので、このコンデンサに急峻に変化する電圧が印加されると、充電電流(変位電流)がpn接合の接合面全面に流れる。当該充電電流は、図中に示す寄生トランジスタPTr1,2を動作させ、回路の誤動作や素子破壊を引き起こす場合が有るといった問題点が有った。   In the high breakdown voltage IC 91 using pn junction isolation shown in FIG. 11, a junction capacitor exists in each pn junction used for isolation, and a kind of capacitor is formed. Therefore, a voltage that changes sharply is applied to this capacitor. Then, a charging current (displacement current) flows over the entire surface of the pn junction. The charging current has a problem in that the parasitic transistors PTr1 and PTr2 shown in the figure are operated to cause malfunction of the circuit and element destruction.

一方、図12に、誘電体分離構造の高耐圧ICとして、SOI基板とトレンチ分離を用いた従来のインバータ駆動用高耐圧ICを示す。   On the other hand, FIG. 12 shows a conventional high-voltage IC for driving an inverter using an SOI substrate and trench isolation as a high-voltage IC having a dielectric isolation structure.

図12に示す高耐圧IC92には、埋め込み酸化膜3を有するSOI構造半導体基板10の主面側の半導体層1に、低電位(GND)基準回路、高電位(浮遊)基準回路およびレベルシフト回路が、それぞれ設けられている。また、GND基準回路、浮遊基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域は、SOI基板の埋め込み酸化膜3とトレンチ4の側壁酸化膜4sにより絶縁(誘電体)分離されている。   A high voltage IC 92 shown in FIG. 12 includes a low potential (GND) reference circuit, a high potential (floating) reference circuit, and a level shift circuit on the semiconductor layer 1 on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate 10 having the buried oxide film 3. Are provided respectively. The formation regions of the GND reference circuit, the floating reference circuit, and the level shift circuit are insulated (dielectric) separated by the buried oxide film 3 of the SOI substrate and the sidewall oxide film 4s of the trench 4.

高耐圧IC92のレベルシフト回路においては、低電位基準回路と高電位基準回路を繋ぐため高耐圧の回路素子が必要である。図12に示したレベルシフト回路形成領域の回路素子は、SOI−RESURF構造をとっている。   In the level shift circuit of the high breakdown voltage IC 92, a high breakdown voltage circuit element is required to connect the low potential reference circuit and the high potential reference circuit. The circuit element in the level shift circuit formation region shown in FIG. 12 has an SOI-RESURF structure.

図13に示すように、この構造においては、横方向耐圧(L)を一般に言われる表面p型不純物層と埋め込み酸化膜3によって形成されるSOI−RESURF構造で確保する。また、ドレイン下部の縦方向耐圧(V)は、ドレインから埋め込み酸化膜3の間における低濃度の半導体層1と埋め込み酸化膜3の両方で電界を緩和させる。
特許第3384399号公報 特開2004−6555号公報
As shown in FIG. 13, in this structure, the lateral breakdown voltage (L) is ensured by an SOI-RESURF structure formed by a surface p-type impurity layer and a buried oxide film 3 which are generally called. In addition, the vertical breakdown voltage (V) under the drain relaxes the electric field in both the low-concentration semiconductor layer 1 and the buried oxide film 3 between the drain and the buried oxide film 3.
Japanese Patent No. 3384399 JP 2004-6555 A

図12の高耐圧IC92では、GND基準回路、浮遊基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、埋め込み酸化膜3とトレンチ4の側壁酸化膜4sに囲まれている。このため、図11に示すpn接合分離を用いた高耐圧IC91と異なり、寄生トランジスタ動作は起きない。しかしながら図12の高耐圧IC92では、図中に示したように、埋め込み酸化膜3を挟んで一種のコンデンサC1〜C3が形成されている。従って、図11のpn接合分離を用いた高耐圧IC91と同様に、トレンチ4によって絶縁分離された一つの回路形成領域に急峻に変化する電圧が印加されると、充電電流(変位電流)が流れ、近傍にある別の回路形成領域において容量結合により空乏層の開閉が行われる。   In the high breakdown voltage IC 92 of FIG. 12, the formation regions of the GND reference circuit, the floating reference circuit, and the level shift circuit are surrounded by the buried oxide film 3 and the sidewall oxide film 4 s of the trench 4. Therefore, unlike the high breakdown voltage IC 91 using pn junction isolation shown in FIG. 11, no parasitic transistor operation occurs. However, in the high voltage IC 92 of FIG. 12, as shown in the figure, a kind of capacitors C1 to C3 are formed with the buried oxide film 3 interposed therebetween. Therefore, similarly to the high breakdown voltage IC 91 using the pn junction isolation of FIG. 11, when a suddenly changing voltage is applied to one circuit formation region insulated and isolated by the trench 4, a charging current (displacement current) flows. The depletion layer is opened and closed by capacitive coupling in another circuit formation region in the vicinity.

例えば、数100V〜1200Vで動作する浮遊基準回路のVUHとしてスイッチングによるノイズパルス電圧が印加されると、図14(a),(b)に示すように、GND基準回路形成領域では、主面側の半導体層1において埋め込み酸化膜3から空乏層1eが拡がる。特に、埋め込み酸化膜3下の半導体層(支持基板)2の抵抗率が大きい場合には、支持基板2の電位固定が弱いため、その影響が大きい。 For example, when a noise pulse voltage due to switching is applied as V UH of a floating reference circuit that operates at several 100 V to 1200 V, as shown in FIGS. 14A and 14B, in the GND reference circuit formation region, the main surface The depletion layer 1 e extends from the buried oxide film 3 in the semiconductor layer 1 on the side. In particular, when the resistivity of the semiconductor layer (support substrate) 2 under the buried oxide film 3 is large, the influence of the support substrate 2 is weak because the potential fixation is weak.

図14(a),(b)に示す空乏層1eの拡がりによる回路素子への影響については、例えばバイポーラトランジスタのような基板深さ方向に活性領域が存在する素子において影響が大きく、これらが誤動作する確率が高まる。この空乏層1eの拡がりによる回路素子への影響を回避するため、表面デバイスのみで回路を構成する等も考えられるが、これでは回路設計上の制約が大きくなる。   14 (a) and 14 (b), the influence on the circuit element due to the expansion of the depletion layer 1e is large, for example, in an element having an active region in the substrate depth direction such as a bipolar transistor. The probability of doing will increase. In order to avoid the influence on the circuit element due to the spread of the depletion layer 1e, it is conceivable that the circuit is constituted by only the surface device, but this restricts the circuit design.

そこで本発明は、SOI基板の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、上記いずれかの回路に急峻に変化する電圧が印加されても別の回路への影響を抑制することができ、回路設計上の自由度が確保された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。   Therefore, the present invention is a semiconductor device in which a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided on the surface layer portion of an SOI substrate, and a voltage that changes sharply is applied to any of the above circuits. However, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can suppress the influence on another circuit and ensure a degree of freedom in circuit design.

請求項1〜6に記載の発明は、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる、第1の半導体装置に関する発明である。   According to the first to sixth aspects of the present invention, a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in the surface layer portion of the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film. This invention relates to the first semiconductor device.

請求項1に記載の発明は、前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、前記埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離され、前記第1半導体層における前記埋め込み酸化膜上に、前記第1半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第1不純物層が形成され、前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のうち少なくとも一つの回路の形成領域において、前記第1半導体層中に第2埋め込み酸化膜が形成され、前記第2埋め込み酸化膜により、前記第1半導体層の表層部に形成される前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のうち少なくとも一つの回路と前記第1不純物層とが、互いに絶縁分離されてなることを特徴としている。   According to the first aspect of the present invention, the formation regions of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit are insulated and separated from each other by the first trench reaching the buried oxide film. A first impurity layer having the same conductivity type as the first semiconductor layer and having a high impurity concentration is formed on the buried oxide film, and includes at least one of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit. In the formation region, a second buried oxide film is formed in the first semiconductor layer, and the low potential reference circuit and the high potential reference circuit are formed in a surface layer portion of the first semiconductor layer by the second buried oxide film. In addition, at least one of the level shift circuits and the first impurity layer are insulated from each other.

上記半導体装置においては、SOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層に形成された低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離されているため、寄生トランジスタ動作が発生しない。また、第1半導体層における埋め込み酸化膜上に不純物濃度が高い第1不純物層が形成されているため、上記トレンチによって絶縁分離された一つの回路形成領域に急峻に変化する電圧が印加されても、近傍にある別の回路形成領域における空乏層の拡がりを抑制することができる。   In the semiconductor device, the first trench in which the formation regions of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit formed in the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate reach the buried oxide film. Therefore, parasitic transistor operation does not occur. In addition, since the first impurity layer having a high impurity concentration is formed on the buried oxide film in the first semiconductor layer, even if a voltage that changes sharply is applied to one circuit formation region insulated and separated by the trench. The spread of the depletion layer in another circuit formation region in the vicinity can be suppressed.

以上のようにして、当該半導体装置は、SOI基板の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、上記いずれかの回路に急峻に変化する電圧が印加されても別の回路への影響が抑制された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 a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in a surface layer portion of an SOI substrate. Even when a changing voltage is applied, a semiconductor device in which influence on another circuit is suppressed can be obtained.

ここで、上記回路に用いられる回路素子の中には、回路素子のソース−ドレイン耐圧を上げるため、ソース−ドレイン間の距離を大きくして、埋め込み酸化膜からの空乏層の拡がりでソース−ドレイン間を完全空乏化するよう設計された(SOI−RESURF構造の)回路素子がある。このような回路素子に対して、上記埋め込み酸化膜上に形成した第1不純物層は、埋め込み酸化膜からの空乏層の拡がりを抑制するため、ソース−ドレイン耐圧を低下させることになる。しかしながら上記半導体装置においては、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のうち少なくとも一つの回路の形成領域において、第1半導体層中に第2埋め込み酸化膜が形成され、これにより上記回路と第1不純物層とが互いに絶縁分離されている。このため、第2埋め込み酸化膜が導入される低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のうち少なくとも一つの回路の形成領域では、再びソース−ドレイン間を完全空乏化するように設計された回路素子を用いることができ、当該回路素子の耐圧低下を抑制することができる。   Here, among the circuit elements used in the above circuit, in order to increase the source-drain breakdown voltage of the circuit element, the distance between the source and the drain is increased, and the depletion layer extends from the buried oxide film. There are circuit elements (of SOI-RESURF structure) designed to fully deplete the gap. For such a circuit element, the first impurity layer formed on the buried oxide film suppresses the spread of the depletion layer from the buried oxide film, and thus lowers the source-drain breakdown voltage. However, in the semiconductor device, the second buried oxide film is formed in the first semiconductor layer in the formation region of at least one of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit, thereby And the first impurity layer are insulated from each other. For this reason, the formation region of at least one of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit into which the second buried oxide film is introduced is designed to completely deplete the source-drain region again. The circuit element can be used, and a decrease in the breakdown voltage of the circuit element can be suppressed.

以上のようにして、当該半導体装置は、SOI基板の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、回路設計上の自由度が確保された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 a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in the surface layer portion of the SOI substrate, and the degree of freedom in circuit design is ensured. A semiconductor device can be obtained.

請求項2に記載のように、上記半導体装置は、前記第2埋め込み酸化膜が形成される回路が、前記レベルシフト回路である場合に好適である。   According to a second aspect of the present invention, the semiconductor device is suitable when the circuit on which the second buried oxide film is formed is the level shift circuit.

レベルシフト回路においては、低電位基準回路と高電位基準回路を繋ぐため高耐圧の回路素子が必要であり、上記した埋め込み酸化膜からの空乏層の拡がりでソース−ドレイン間を完全空乏化するよう設計された回路素子がよく用いられる。従って、このような回路素子が形成されるレベルシフト回路の形成領域に第2埋め込み酸化膜を導入することで、上記した第1不純物層による空乏層の拡がり抑制効果と第2埋め込み酸化膜による耐圧低下抑制効果を、効率的に発揮させることができる。   In the level shift circuit, a high-voltage circuit element is required to connect the low-potential reference circuit and the high-potential reference circuit, and the source-drain is completely depleted by the expansion of the depletion layer from the buried oxide film. Designed circuit elements are often used. Therefore, by introducing the second buried oxide film in the formation region of the level shift circuit in which such circuit elements are formed, the depletion layer expansion suppressing effect by the first impurity layer and the breakdown voltage by the second buried oxide film are provided. The effect of suppressing the decrease can be efficiently exhibited.

請求項3に記載のように、上記した回路素子におけるソース−ドレイン間の完全空乏化を実現するためには、前記レベルシフト回路におけるMOSトランジスタのソース拡散領域の先端が、もしくはソース拡散領域とドレイン拡散領域の先端が、前記第2埋め込み酸化膜に達していることが好ましい。   In order to realize complete depletion between the source and the drain in the circuit element as described in claim 3, the tip of the source diffusion region of the MOS transistor in the level shift circuit, or the source diffusion region and the drain It is preferable that the tip of the diffusion region reaches the second buried oxide film.

請求項4に記載のように、SOI構造半導体基板を用いる上記半導体装置においては、前記第1半導体層が、n導電型であることが好ましい。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device using an SOI structure semiconductor substrate, the first semiconductor layer is preferably of an n conductivity type.

請求項5に記載のように、上記半導体装置においては、例えば、前記低電位基準回路をGND(グランド)基準回路とし、前記高電位基準回路を浮遊基準回路とすることができる。   In the semiconductor device, for example, the low potential reference circuit can be a GND (ground) reference circuit, and the high potential reference circuit can be a floating reference circuit.

請求項6に記載のように、前記半導体装置は、インバータ駆動用の高耐圧ICに好適である。   According to a sixth aspect of the present invention, the semiconductor device is suitable for a high voltage IC for driving an inverter.

請求項7〜9に記載の発明は、上記第1の半導体装置の製造方法に関する発明である。   The invention described in claims 7 to 9 is an invention relating to a manufacturing method of the first semiconductor device.

請求項7に記載の発明は、上記半導体装置の特徴である前記第2埋め込み酸化膜を、酸素イオン注入により形成することを特徴としている。これにより、上記半導体装置を容易に形成することができ、安価な半導体装置とすることができる。請求項8に記載のように、前記酸素イオン注入は、前記第1トレンチの形成前に行うこともできるし、請求項9に記載のように、前記第1トレンチの形成後に行うこともできる。   The invention according to claim 7 is characterized in that the second buried oxide film, which is a feature of the semiconductor device, is formed by oxygen ion implantation. Thus, the semiconductor device can be easily formed, and an inexpensive semiconductor device can be obtained. As described in claim 8, the oxygen ion implantation can be performed before the formation of the first trench, or can be performed after the formation of the first trench as described in claim 9.

尚、上記請求項7〜9に記載の製造方法に製造される第1の半導体装置の作用効果については上記したとおりであり、その説明は省略する。   In addition, about the effect of the 1st semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the said Claims 7-9, it is as above-mentioned, The description is abbreviate | omitted.

請求項10〜18に記載の発明は、埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる、第2の半導体装置に関する発明である。   According to the tenth to eighteenth aspects of the present invention, a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in the surface layer portion of the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film. This invention relates to the second semiconductor device.

請求項10に記載の発明は、前記SOI構造半導体基板の裏面側の第2半導体層における前記埋め込み酸化膜下に、前記第2半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第2不純物領域が形成され、主面側から前記埋め込み酸化膜を貫通して前記第2不純物領域に達するトレンチであって、当該トレンチ内部に側壁絶縁膜を介して前記第2不純物領域と同じ導電型の不純物を含有する多結晶シリコンが埋め込まれた第2トレンチが形成され、前記第2トレンチに埋め込まれた多結晶シリコンを介して、前記第2不純物領域の電位が、主面側において固定されてなることを特徴としている。   According to a tenth aspect of the present invention, a second impurity region having the same conductivity type as that of the second semiconductor layer and a high impurity concentration is formed under the buried oxide film in the second semiconductor layer on the back side of the SOI structure semiconductor substrate. A trench that penetrates the buried oxide film from the main surface side and reaches the second impurity region, and contains an impurity having the same conductivity type as the second impurity region through a sidewall insulating film inside the trench. A second trench embedded with polycrystalline silicon is formed, and the potential of the second impurity region is fixed on the main surface side through the polycrystalline silicon embedded in the second trench. Yes.

上記半導体装置においては、第2半導体層における埋め込み酸化膜下に、第2半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第2不純物領域が形成されており、この第2不純物領域の電位が、第2トレンチに埋め込まれた多結晶シリコンを介して、主面側において固定されている。従って、当該半導体装置では、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のいずれか一つの回路形成領域に急峻に変化する電圧が印加されても、第2不純物領域が障害となり、近傍にある別の回路形成領域への影響が抑制される。   In the semiconductor device, a second impurity region having the same conductivity type as that of the second semiconductor layer and having a high impurity concentration is formed under the buried oxide film in the second semiconductor layer. It is fixed on the main surface side through polycrystalline silicon embedded in two trenches. Therefore, in the semiconductor device, even if a voltage that changes sharply is applied to any one of the circuit formation region of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit, the second impurity region becomes an obstacle and is in the vicinity. The influence on a certain other circuit formation region is suppressed.

当該半導体装置は、支持基板である第2半導体層全体を高濃度にする場合に較べて、プロセス加工中における不純物の気相拡散を抑制することができ、この不純物拡散による第1半導体層の表層部に形成される回路素子の特性ばらつきを低減することができる。また、他の電位固定方法として、第1半導体層の表層部に回路素子を形成した後、必要な領域を裏面からエッチングし、金属膜で電位を固定する方法が考えられる。しかしながら、この裏面エッチングする方法に較べて、上記半導体装置における電位固定方法は、SOI構造半導体基板の応力変動を抑制することができ、この応力変動による回路素子の特性変動を低減することができる。   The semiconductor device can suppress the vapor phase diffusion of impurities during the process, compared with the case where the entire second semiconductor layer as the support substrate is made high in concentration, and the surface layer of the first semiconductor layer due to the impurity diffusion. Variations in the characteristics of circuit elements formed in the portion can be reduced. As another potential fixing method, a method of forming a circuit element in the surface layer portion of the first semiconductor layer, etching a necessary region from the back surface, and fixing the potential with a metal film is conceivable. However, compared with the method of etching the back surface, the potential fixing method in the semiconductor device can suppress the stress fluctuation of the SOI structure semiconductor substrate and can reduce the characteristic fluctuation of the circuit element due to the stress fluctuation.

以上のようにして、当該半導体装置は、SOI基板の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、上記いずれかの回路に急峻に変化する電圧が印加されても別の回路への影響が抑制された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 a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in a surface layer portion of an SOI substrate. Even when a changing voltage is applied, a semiconductor device in which influence on another circuit is suppressed can be obtained.

尚、上記半導体装置は、埋め込み酸化膜下の第2半導体層に第2不純物領域を形成するものであり、埋め込み酸化膜上の第1半導体層に形成する上記各回路の回路素子には影響が及ばず、回路設計は従来の半導体装置と同様に行うことができる。   In the semiconductor device, the second impurity region is formed in the second semiconductor layer below the buried oxide film, and the circuit elements of the circuits formed in the first semiconductor layer on the buried oxide film are affected. In short, the circuit design can be performed in the same manner as a conventional semiconductor device.

以上のようにして、当該半導体装置は、SOI基板の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、回路設計上の自由度が確保された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 a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in the surface layer portion of the SOI substrate, and the degree of freedom in circuit design is ensured. A semiconductor device can be obtained.

請求項11に記載のように、前記第2不純物領域は、例えば、前記低電位基準回路とレベルシフト回路の境界部または前記高電位基準回路とレベルシフト回路の境界部の少なくとも一方の境界部において、前記埋め込み酸化膜下に形成することができる。   According to an eleventh aspect, the second impurity region is, for example, at a boundary portion between the low potential reference circuit and the level shift circuit or at least one boundary portion between the high potential reference circuit and the level shift circuit. And can be formed under the buried oxide film.

これにより、上記第2不純物領域による電位固定効果を効率的に発揮させると共に、第2トレンチを介した主面側での電位固定を両立させても、回路設計上の自由度を最大限に確保することができる。   As a result, the potential fixing effect by the second impurity region can be efficiently exhibited, and the maximum degree of freedom in circuit design can be secured even if the potential is fixed on the main surface side via the second trench. can do.

請求項12に記載のように、前記第2不純物領域は、例えば、前記SOI構造半導体基板の全面において、前記埋め込み酸化膜下に形成することができる。   According to a twelfth aspect of the present invention, the second impurity region can be formed, for example, under the buried oxide film on the entire surface of the SOI structure semiconductor substrate.

これにより、上記第2不純物領域による電位固定効果を確実に発揮させると共に、第2トレンチを介した主面側での電位固定を両立させても、回路設計上の自由度を最大限に確保することができる。   As a result, the potential fixing effect by the second impurity region is surely exhibited, and the degree of freedom in circuit design is ensured to the maximum even when the potential is fixed on the main surface side via the second trench. be able to.

請求項13に記載のように、前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域は、前記埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離されてなることが好ましい。これにより、上記半導体装置における寄生トランジスタ動作の発生を防止することができる。   According to a thirteenth aspect of the present invention, it is preferable that the formation regions of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit are insulated from each other by a first trench reaching the buried oxide film. Thereby, the occurrence of parasitic transistor operation in the semiconductor device can be prevented.

請求項14に記載のように、上記半導体装置においては、前記第2トレンチに隣接して、前記第1トレンチが配置されてなることが好ましい。また、請求項15に記載のように、前記第2トレンチの幅は、前記第1トレンチの幅より大きいことが好ましい。これにより、第1トレンチと第2トレンチを形成するためのエッチングを、同一工程により行うことができる。   In the semiconductor device, it is preferable that the first trench is disposed adjacent to the second trench. The width of the second trench is preferably larger than the width of the first trench. Thereby, the etching for forming the first trench and the second trench can be performed in the same process.

請求項4〜6と同様、請求項16に記載のように、SOI構造半導体基板を用いる上記半導体装置においては、前記第1半導体層が、n導電型であることが好ましい。請求項17に記載のように、上記半導体装置においては、例えば、前記低電位基準回路をGND(グランド)基準回路とし、前記高電位基準回路を浮遊基準回路とすることができる。請求項18に記載のように、前記半導体装置は、インバータ駆動用の高耐圧ICに好適である。   As in the fourth to sixth aspects, as described in the sixteenth aspect, in the semiconductor device using the SOI structure semiconductor substrate, the first semiconductor layer is preferably of an n conductivity type. In the semiconductor device, for example, the low potential reference circuit may be a GND (ground) reference circuit, and the high potential reference circuit may be a floating reference circuit. The semiconductor device is suitable for a high voltage IC for driving an inverter.

請求項19〜21に記載の発明は、上記第2の半導体装置の製造方法に関する発明である。   The inventions according to claims 19 to 21 are inventions related to the method for manufacturing the second semiconductor device.

請求項19に記載の発明は、上記半導体装置の特徴である前記第2不純物領域を、前記多結晶シリコンを埋め込む前に第2トレンチの開口部から不純物をイオン注入して形成することを特徴としている。   The invention according to claim 19 is characterized in that the second impurity region, which is a feature of the semiconductor device, is formed by ion-implanting impurities from the opening of the second trench before embedding the polycrystalline silicon. Yes.

これによれば、第2半導体層における任意の領域に第2不純物領域を形成することができる。   According to this, the second impurity region can be formed in an arbitrary region in the second semiconductor layer.

請求項20に記載の発明は、前記SOI構造半導体基板を基板貼り合わせ法により形成し、上記半導体装置の特徴である前記第2不純物領域を、貼り合わされる前の一方の基板表面に予め形成しておくことを特徴としている。   According to a twentieth aspect of the present invention, the SOI structure semiconductor substrate is formed by a substrate bonding method, and the second impurity region, which is a feature of the semiconductor device, is formed in advance on one substrate surface before being bonded. It is characterized by keeping.

これによれば、第2不純物領域を、SOI構造半導体基板の全面において、埋め込み酸化膜下に形成することができる。   According to this, the second impurity region can be formed under the buried oxide film on the entire surface of the SOI structure semiconductor substrate.

請求項21に記載のように、前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、前記埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離する場合には、前記第1トレンチと前記第2トレンチを形成するためのエッチングを、同一工程により行うことが好ましい。これにより、上記半導体装置を安価に製造することができる。   According to a twenty-first aspect, when the formation regions of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit are insulated and separated from each other by the first trench reaching the buried oxide film, Etching for forming the trench and the second trench is preferably performed in the same step. Thereby, the semiconductor device can be manufactured at low cost.

尚、上記請求項19〜21に記載の製造方法に製造される第2の半導体装置の作用効果については上記したとおりであり、その説明は省略する。   The operation and effect of the second semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to claims 19 to 21 is as described above, and the description thereof is omitted.

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.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態における半導体装置100の模式的な断面図である。尚、図1の半導体装置100において、図12の半導体装置(高耐圧IC)92と同様の部分については、同じ符号を付した。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 100 according to this embodiment. In the semiconductor device 100 of FIG. 1, the same parts as those of the semiconductor device (high voltage IC) 92 of FIG.

図1に示す半導体装置100は、図12の半導体装置92と同様のインバータ駆動用高耐圧ICである。図1の半導体装置100では、図12の半導体装置92と同様に、埋め込み酸化膜3を有するSOI構造半導体基板11の主面側の第1半導体層1に、低電位(GND)基準回路、高電位(浮遊)基準回路およびレベルシフト回路が、それぞれ設けられている。また、GND基準回路、浮遊基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域は、図1に示すように、SOI基板11の埋め込み酸化膜3とトレンチ4の側壁酸化膜4sにより、互いに絶縁分離されている。このため、図1の半導体装置100においても、図12の半導体装置92と同様に、寄生トランジスタ動作が発生しない。   A semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is a high voltage IC for driving an inverter similar to the semiconductor device 92 of FIG. In the semiconductor device 100 of FIG. 1, as in the semiconductor device 92 of FIG. 12, a low potential (GND) reference circuit, a high potential is provided on the first semiconductor layer 1 on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate 11 having the buried oxide film 3. A potential (floating) reference circuit and a level shift circuit are provided. Further, the formation regions of the GND reference circuit, the floating reference circuit, and the level shift circuit are insulated from each other by the buried oxide film 3 of the SOI substrate 11 and the sidewall oxide film 4s of the trench 4 as shown in FIG. . Therefore, in the semiconductor device 100 of FIG. 1, the parasitic transistor operation does not occur as in the semiconductor device 92 of FIG.

図1の半導体装置100では、図12の半導体装置92と異なり、n導電型の第1半導体層1における埋め込み酸化膜3上に、第1半導体層1と同じ導電型で不純物濃度が高い(n+)第1不純物層1aが形成されている。図1の半導体装置100においても、図12の半導体装置92と同様にして、埋め込み酸化膜3を挟んで図12に示した一種のコンデンサC1〜C3が形成されることになる。しかしながら図1の半導体装置100では、高不純物濃度の第1不純物層1aにより、トレンチ4によって絶縁分離された一つの回路形成領域に急峻に変化する電圧が印加されても、近傍にある別の回路形成領域における空乏層の拡がりが抑制される。すなわち、図1の下段に示したMOSダイオードにおける最大空乏層幅を与える式に従って、不純物濃度が高いほど最大空乏層幅は小さくなる。このため、高不純物濃度の第1不純物層1aがある図1の半導体装置100では、第1不純物層1aが無い図12の半導体装置92に比較して、空乏層の拡がりが抑制される。   In the semiconductor device 100 of FIG. 1, unlike the semiconductor device 92 of FIG. 12, the impurity concentration of the same conductivity type as that of the first semiconductor layer 1 is high (n +) on the buried oxide film 3 in the first semiconductor layer 1 of n conductivity type. ) A first impurity layer 1a is formed. In the semiconductor device 100 of FIG. 1 as well, similar to the semiconductor device 92 of FIG. 12, the types of capacitors C1 to C3 shown in FIG. 12 are formed with the buried oxide film 3 interposed therebetween. However, in the semiconductor device 100 of FIG. 1, even if a voltage that changes sharply is applied to one circuit formation region isolated by the trench 4 by the high impurity concentration first impurity layer 1a, Expansion of the depletion layer in the formation region is suppressed. That is, the maximum depletion layer width decreases as the impurity concentration increases according to the formula for giving the maximum depletion layer width in the MOS diode shown in the lower part of FIG. Therefore, in the semiconductor device 100 of FIG. 1 having the first impurity layer 1a having a high impurity concentration, the expansion of the depletion layer is suppressed as compared with the semiconductor device 92 of FIG. 12 having no first impurity layer 1a.

以上のようにして、図1の半導体装置100は、SOI基板11の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、上記いずれかの回路に急峻に変化する電圧が印加されても別の回路への影響が抑制された半導体装置とすることができる。   As described above, the semiconductor device 100 in FIG. 1 is a semiconductor device in which a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in the surface layer portion of the SOI substrate 11. Even when a voltage that changes sharply is applied to a circuit, a semiconductor device in which the influence on another circuit is suppressed can be obtained.

また、図1の半導体装置100は、レベルシフト回路の形成領域において、第1半導体層1中には第2埋め込み酸化膜3aが形成されており、この第2埋め込み酸化膜3aにより、第1半導体層1の表層部に形成されるレベルシフト回路と第1不純物層1aとが、互いに絶縁分離されている。   Further, in the semiconductor device 100 of FIG. 1, the second buried oxide film 3a is formed in the first semiconductor layer 1 in the formation region of the level shift circuit, and the second buried oxide film 3a serves as the first semiconductor. The level shift circuit formed in the surface layer portion of the layer 1 and the first impurity layer 1a are insulated and separated from each other.

ここで、レベルシフト回路に用いられる回路素子の中には、回路素子のソース−ドレイン耐圧を上げるため、図1に示すようにソース(S)−ドレイン(D)間の距離を大きくして、埋め込み酸化膜3からの空乏層の拡がりでソース−ドレイン間を完全空乏化するよう設計された(SOI−RESURF構造の)回路素子がある。このような回路素子に対して、上記埋め込み酸化膜3上に形成した第1不純物層1aは、埋め込み酸化膜3からの空乏層の拡がりを抑制するため、ソース−ドレイン耐圧を低下させることになる。   Here, among the circuit elements used in the level shift circuit, in order to increase the source-drain breakdown voltage of the circuit element, the distance between the source (S) and the drain (D) is increased as shown in FIG. There is a circuit element (SOI-RESURF structure) designed to completely deplete the source-drain region by spreading the depletion layer from the buried oxide film 3. For such a circuit element, the first impurity layer 1 a formed on the buried oxide film 3 suppresses the spread of the depletion layer from the buried oxide film 3, thereby reducing the source-drain breakdown voltage. .

これに対して、第2埋め込み酸化膜3aが導入された図1の半導体装置100におけるレベルシフト回路の形成領域では、再びソース−ドレイン間を完全空乏化するように設計された(SOI−RESURF構造の)回路素子を用いることができ、当該回路素子の耐圧低下を抑制することができる。尚、上記した回路素子におけるソース−ドレイン間の完全空乏化を実現するためには、レベルシフト回路におけるMOSトランジスタのソース拡散領域の先端が、もしくはソース拡散領域とドレイン拡散領域の先端が、第2埋め込み酸化膜3aに達していることが好ましい。   On the other hand, the level shift circuit formation region in the semiconductor device 100 of FIG. 1 in which the second buried oxide film 3a is introduced is designed to completely deplete the source-drain region again (SOI-RESURF structure). The circuit element can be used, and a decrease in the breakdown voltage of the circuit element can be suppressed. In order to realize complete depletion between the source and the drain in the circuit element described above, the tip of the source diffusion region of the MOS transistor or the tip of the source diffusion region and the drain diffusion region in the level shift circuit is the second It is preferable to reach the buried oxide film 3a.

以上のようにして、図1の半導体装置100は、表面デバイスのみで回路を構成する等の回路設計上の制約を回避することができ、回路設計上の自由度が確保された半導体装置とすることができる。   As described above, the semiconductor device 100 in FIG. 1 is a semiconductor device that can avoid restrictions on circuit design such as forming a circuit with only a surface device and has a degree of freedom in circuit design. be able to.

図1の半導体装置100では、第2埋め込み酸化膜3aがレベルシフト回路のみに形成されている。レベルシフト回路においては、低電位基準回路と高電位基準回路を繋ぐため高耐圧の回路素子が必要であり、上記した埋め込み酸化膜3からの空乏層の拡がりでソース−ドレイン間を完全空乏化するよう設計された回路素子がよく用いられる。従って、このような回路素子が形成されるレベルシフト回路の形成領域に第2埋め込み酸化膜3aを導入することで、上記した第1不純物層1aによる空乏層の拡がり抑制効果と第2埋め込み酸化膜3aによる耐圧低下抑制効果を、効率的に発揮させることができる。   In the semiconductor device 100 of FIG. 1, the second buried oxide film 3a is formed only in the level shift circuit. In the level shift circuit, a circuit element having a high breakdown voltage is required to connect the low potential reference circuit and the high potential reference circuit, and the depletion layer from the buried oxide film 3 spreads to completely deplete the source and drain. Circuit elements designed in this way are often used. Therefore, by introducing the second buried oxide film 3a into the formation region of the level shift circuit in which such a circuit element is formed, the effect of suppressing the depletion layer from spreading by the first impurity layer 1a and the second buried oxide film are provided. The effect of suppressing pressure drop reduction by 3a can be efficiently exhibited.

上記したように、第2埋め込み酸化膜3aは、高耐圧の回路素子が必要なレベルシフト回路に形成して、好適である。しかしながらこれに限らず、第2埋め込み酸化膜3aは、高耐圧の回路素子が必要な他の低電位基準回路や高電位基準回路に形成しても効果的である。   As described above, the second buried oxide film 3a is preferably formed in a level shift circuit that requires a high breakdown voltage circuit element. However, the present invention is not limited to this, and it is effective to form the second buried oxide film 3a in another low potential reference circuit or a high potential reference circuit that requires a high breakdown voltage circuit element.

次に、図1に示す半導体装置100の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 will be described.

図2(a)〜(d)は、半導体装置100の特徴である第1不純物層1aと第2埋め込み酸化膜3aの形成方法を示す工程別断面図である。   2A to 2D are cross-sectional views for each process showing a method of forming the first impurity layer 1a and the second buried oxide film 3a, which is a feature of the semiconductor device 100. FIG.

図2(a)に示すように、第1不純物層1aは、SOI基板11の準備段階において、予め形成しておく。すなわち、第1半導体層1となる一方のシリコン(Si)基板の表面に不純物を注入して第1不純物層1aを形成し、第2半導体層2となるもう一方のシリコン(Si)基板に対向させて、通常用いられる基板貼り合わせ法により貼り合わせる。この基板貼り合わせ時に、埋め込み酸化膜3が形成される。次に、第1半導体層1を所定の厚さに研磨する。これにより、埋め込み酸化膜3上に第1不純物層1aが形成されたSOI構造半導体基板11が形成される。   As shown in FIG. 2A, the first impurity layer 1 a is formed in advance at the stage of preparing the SOI substrate 11. That is, an impurity is implanted into the surface of one silicon (Si) substrate that becomes the first semiconductor layer 1 to form the first impurity layer 1a, and is opposed to the other silicon (Si) substrate that becomes the second semiconductor layer 2. Then, they are bonded together by a commonly used substrate bonding method. A buried oxide film 3 is formed at the time of bonding the substrates. Next, the first semiconductor layer 1 is polished to a predetermined thickness. Thereby, the SOI structure semiconductor substrate 11 in which the first impurity layer 1a is formed on the buried oxide film 3 is formed.

次に、第1半導体層1の表面を熱酸化膜1bで覆う。次に、熱酸化膜1b上にフォトレジスト膜を形成し、レベルシフト回路形成領域を開口部とするマスクM1にパターニングする。   Next, the surface of the first semiconductor layer 1 is covered with a thermal oxide film 1b. Next, a photoresist film is formed on the thermal oxide film 1b and patterned on a mask M1 having a level shift circuit formation region as an opening.

次に、マスクM1の開口部から第1半導体層1の所定の深さに、酸素イオンを注入する。酸素イオンを注入後、マスクM1を利用して、レベルシフト回路形成領域における熱酸化膜1bを除去する。   Next, oxygen ions are implanted into the predetermined depth of the first semiconductor layer 1 from the opening of the mask M1. After implanting oxygen ions, the thermal oxide film 1b in the level shift circuit formation region is removed using the mask M1.

次に、図2(b)に示すように、マスクM1を除去した後、高温でアニールして、酸素イオン注入領域を第2埋め込み酸化膜3aに改質すると共に、イオン注入ダメージを回復させる。引き続き酸化処理を行い、レベルシフト回路形成領域を局所酸化して、レベルシフト回路形成領域において厚い熱酸化膜1bを形成する。このレベルシフト回路形成領域における熱酸化膜1bの厚い部分は、図2(d)のトレンチ形成における位置決め基準となる。   Next, as shown in FIG. 2B, after removing the mask M1, annealing is performed at a high temperature to modify the oxygen ion implantation region into the second buried oxide film 3a and to recover the ion implantation damage. Subsequently, an oxidation process is performed to locally oxidize the level shift circuit formation region to form a thick thermal oxide film 1b in the level shift circuit formation region. The thick portion of the thermal oxide film 1b in this level shift circuit formation region serves as a positioning reference in the trench formation in FIG.

次に、図2(c)に示すように、熱酸化膜1b上に、トレンチ・エッチングのマスクとなる窒化シリコン(SiN)膜1cと酸化シリコン(SiO)膜1dを、順次堆積する。   Next, as shown in FIG. 2C, a silicon nitride (SiN) film 1c and a silicon oxide (SiO) film 1d, which serve as a trench etching mask, are sequentially deposited on the thermal oxide film 1b.

次に、図2(d)に示すように、フォトレジストをマスクとしてSiN膜1cとSiO膜1dにおけるトレンチ形成領域を開口し、フォトレジストを除去後、SiO膜1dをマスクとしてシリコン(Si)異方性エッチングにより、トレンチ4を形成する。尚、第1半導体層1の表層部に形成されるレベルシフト回路と第1不純物層1aとが互いに絶縁分離されるように、後工程におけるトレンチ4の側壁酸化膜が第2埋め込み酸化膜3aの端部に当接する位置で、トレンチ4が形成される。   Next, as shown in FIG. 2D, the trench formation region in the SiN film 1c and the SiO film 1d is opened using the photoresist as a mask, and after removing the photoresist, the silicon film different from silicon (Si) is used using the SiO film 1d as a mask. The trench 4 is formed by isotropic etching. The side wall oxide film of the trench 4 in the subsequent process is formed of the second buried oxide film 3a so that the level shift circuit formed in the surface layer portion of the first semiconductor layer 1 and the first impurity layer 1a are insulated from each other. A trench 4 is formed at a position where it abuts against the end.

図2(d)以降は、トレンチ4の側壁酸化膜を形成した後、トレンチ4を埋め戻し、通常の半導体装置の製造工程を用いて、第1半導体層1の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路を形成する。   In FIG. 2D and thereafter, after forming the sidewall oxide film of the trench 4, the trench 4 is backfilled, and a low potential reference circuit is formed on the surface layer portion of the first semiconductor layer 1 using a normal semiconductor device manufacturing process. A high potential reference circuit and a level shift circuit are formed.

以上で、図1に示す半導体装置100が製造される。   Thus, the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is manufactured.

図2(a)〜(d)に示した半導体装置100の製造工程においては、第2埋め込み酸化膜3aとトレンチ4の形成順序を逆にしてもよい。図3(a)〜(d)は、トレンチ4を先に形成する場合の工程別断面図である。   In the manufacturing process of the semiconductor device 100 shown in FIGS. 2A to 2D, the formation order of the second buried oxide film 3a and the trench 4 may be reversed. 3A to 3D are cross-sectional views for each process when the trench 4 is formed first.

この場合には、図3(a)に示すように、基板貼り合わせ法によるSOI構造半導体基板11を準備した後、第1半導体層1上に熱酸化膜1b、窒化シリコン(SiN)膜1cおよび酸化シリコン(SiO)膜1dを順次堆積する。   In this case, as shown in FIG. 3A, after preparing the SOI structure semiconductor substrate 11 by the substrate bonding method, the thermal oxide film 1b, the silicon nitride (SiN) film 1c, and the first semiconductor layer 1 are formed. A silicon oxide (SiO) film 1d is sequentially deposited.

次に、フォトレジストをマスクとしてSiN膜1cとSiO膜1dにおけるトレンチ形成領域を開口し、フォトレジストを除去後、SiO膜1dをマスクとしてシリコン(Si)異方性エッチングにより、トレンチ4を形成する。   Next, the trench formation region in the SiN film 1c and the SiO film 1d is opened using the photoresist as a mask, and after removing the photoresist, the trench 4 is formed by silicon (Si) anisotropic etching using the SiO film 1d as a mask. .

次に、図3(b)に示すように、熱酸化してトレンチ4に側壁酸化膜4sを形成し、多結晶シリコン(もしくは誘電体)4uにより、トレンチ4を埋め戻す(堆積後、エッチバック)。   Next, as shown in FIG. 3B, a side wall oxide film 4s is formed in the trench 4 by thermal oxidation, and the trench 4 is backfilled with polycrystalline silicon (or dielectric) 4u (after deposition, etch back is performed). ).

次に、図3(c)に示すように、上層のSiO膜1dとSiN膜1cを除去する。次に、熱酸化膜1b上にフォトレジスト膜を形成し、レベルシフト回路形成領域を開口部とするマスクM2にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 3C, the upper SiO film 1d and the SiN film 1c are removed. Next, a photoresist film is formed on the thermal oxide film 1b, and patterned into a mask M2 having a level shift circuit formation region as an opening.

次に、マスクM2の開口部から第1半導体層1の所定の深さに、酸素イオンを注入する。   Next, oxygen ions are implanted into the predetermined depth of the first semiconductor layer 1 from the opening of the mask M2.

次に、図3(d)に示すように、マスクM2を除去した後、高温でアニールして、酸素イオン注入領域を第2埋め込み酸化膜3aに改質すると共に、イオン注入ダメージを回復させる。   Next, as shown in FIG. 3D, after removing the mask M2, annealing is performed at a high temperature to modify the oxygen ion implantation region into the second buried oxide film 3a and to recover the ion implantation damage.

図3(d)以降は、通常の半導体装置の製造工程を用いて、第1半導体層1の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路を形成する。   After FIG. 3D, a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are formed in the surface layer portion of the first semiconductor layer 1 using a normal semiconductor device manufacturing process.

以上で、図1に示す半導体装置100が製造される。   Thus, the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is manufactured.

図2(a)〜(d)もしくは図3(a)〜(d)に示す半導体装置100の製造方法は、いずれも、第2埋め込み酸化膜3aを、酸素イオン注入により形成している。これにより、上記したように半導体装置100を容易に形成することができ、安価な半導体装置とすることができる。   In any of the manufacturing methods of the semiconductor device 100 shown in FIGS. 2A to 2D or FIGS. 3A to 3D, the second buried oxide film 3a is formed by oxygen ion implantation. Thereby, as described above, the semiconductor device 100 can be easily formed, and an inexpensive semiconductor device can be obtained.

(第2の実施形態)
第1実施形態では、SOI構造半導体基板の埋め込み酸化膜上に高不純物濃度の第1不純物層が形成され、これにより、いずれかの回路に急峻に変化する電圧が印加されても別の回路への影響が抑制された半導体装置およびその製造方法を示した。本実施形態は、SOI構造半導体基板の埋め込み酸化膜下に、高不純物濃度の第2不純物領域が形成された半導体装置およびその製造方法に関する。以下、本実施形態について、図に基づいて説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, a first impurity layer having a high impurity concentration is formed on a buried oxide film of an SOI structure semiconductor substrate, so that even if a voltage that changes sharply is applied to one of the circuits, another circuit is transferred. A semiconductor device in which the influence of the above is suppressed and a manufacturing method thereof have been shown. The present embodiment relates to a semiconductor device in which a second impurity region having a high impurity concentration is formed under a buried oxide film of an SOI structure semiconductor substrate and a method for manufacturing the same. Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図4は、本実施形態における半導体装置101の模式的な断面図である。尚、図4の半導体装置101においても、図12の半導体装置(高耐圧IC)92と同様の部分については、同じ符号を付した。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 101 in this embodiment. Also in the semiconductor device 101 of FIG. 4, the same parts as those of the semiconductor device (high voltage IC) 92 of FIG.

図4に示す半導体装置101も、図12の半導体装置92と同様のインバータ駆動用高耐圧ICである。図4の半導体装置101では、図12の半導体装置92と同様に、埋め込み酸化膜3を有するSOI構造半導体基板10の主面側の第1半導体層1に、低電位(GND)基準回路、高電位(浮遊)基準回路およびレベルシフト回路が、それぞれ設けられている。また、GND基準回路、浮遊基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域は、図4に示すように、SOI基板10の埋め込み酸化膜3と第1トレンチ4の側壁酸化膜により、互いに絶縁分離されている。このため、図4の半導体装置101においても、図12の半導体装置92と同様に、寄生トランジスタ動作が発生しない。   The semiconductor device 101 shown in FIG. 4 is also an inverter driving high voltage IC similar to the semiconductor device 92 of FIG. In the semiconductor device 101 of FIG. 4, similarly to the semiconductor device 92 of FIG. 12, the first semiconductor layer 1 on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate 10 having the buried oxide film 3 has a low potential (GND) reference circuit, A potential (floating) reference circuit and a level shift circuit are provided. Further, the formation regions of the GND reference circuit, the floating reference circuit, and the level shift circuit are insulated and separated from each other by the buried oxide film 3 of the SOI substrate 10 and the sidewall oxide film of the first trench 4 as shown in FIG. Yes. Therefore, in the semiconductor device 101 of FIG. 4 as well, the parasitic transistor operation does not occur like the semiconductor device 92 of FIG.

図4の半導体装置101では、図12の半導体装置92と異なり、GND基準回路とレベルシフト回路の境界部において、n導電型の第2半導体層2における埋め込み酸化膜3下に、第2半導体層2と同じ導電型で不純物濃度が高い(n+)第2不純物領域2aが形成されている。また、半導体装置101では、SOI基板10の主面側から埋め込み酸化膜3を貫通して第2不純物領域2aに達する、第2トレンチ5が形成されている。第2トレンチ5の内部には、側壁絶縁膜5sを介して第2不純物領域2aと同じ導電型の不純物を含有する多結晶シリコン5uが埋め込まれている。この第2トレンチ5に埋め込まれた多結晶シリコン5uを介して、第2不純物領域2aの電位が、SOI基板10の主面側において固定されている。   In the semiconductor device 101 of FIG. 4, unlike the semiconductor device 92 of FIG. 12, the second semiconductor layer is located below the buried oxide film 3 in the second semiconductor layer 2 of the n conductivity type at the boundary between the GND reference circuit and the level shift circuit. (N +) second impurity region 2a having the same conductivity type as that of FIG. Further, in the semiconductor device 101, the second trench 5 is formed that reaches the second impurity region 2 a through the buried oxide film 3 from the main surface side of the SOI substrate 10. In the second trench 5, polycrystalline silicon 5u containing an impurity having the same conductivity type as that of the second impurity region 2a is buried via a sidewall insulating film 5s. The potential of the second impurity region 2 a is fixed on the main surface side of the SOI substrate 10 through the polycrystalline silicon 5 u embedded in the second trench 5.

図4の半導体装置101においても、図12の半導体装置92と同様にして、埋め込み酸化膜3を挟んで図12に示した一種のコンデンサC1〜C3が形成されることになる。しかしながら図4の半導体装置101では、第1トレンチ4によって絶縁分離された一つの回路形成領域に急峻に変化する電圧が印加されても、高不純物濃度の第2不純物領域2aが障害となり、近傍にある別の回路形成領域への影響が抑制される。   In the semiconductor device 101 of FIG. 4 as well, the types of capacitors C1 to C3 shown in FIG. 12 are formed with the buried oxide film 3 interposed therebetween, similarly to the semiconductor device 92 of FIG. However, in the semiconductor device 101 of FIG. 4, even if a voltage that changes sharply is applied to one circuit formation region isolated by the first trench 4, the second impurity region 2a having a high impurity concentration becomes an obstacle, The influence on a certain other circuit formation region is suppressed.

尚、第2不純物領域2aの形成位置は、低電位(GND)基準回路とレベルシフト回路の境界部に限らず、例えば高電位(浮遊)基準回路とレベルシフト回路の境界部に形成されていても、同様の障害効果を発揮させることができる。第2不純物領域2aの形成位置は、各回路の境界部以外としてもよいが、各回路の境界部に形成することで、第2不純物領域2aによる電位固定効果を効率的に発揮させると共に、第2トレンチ5を介した主面側での電位固定を両立させても、回路設計上の自由度を最大限に確保することができる。また、図4に示す半導体装置101のように、第2トレンチ5に隣接して、第1第1トレンチ4が配置されてなることが好ましい。さらに、第2トレンチ5の幅は、第1第1トレンチ4の幅より大きいことが好ましい。これにより、後述するように、第1トレンチ4と第2トレンチ5を形成するためのエッチングを、同一工程により行うことができる。   The formation position of the second impurity region 2a is not limited to the boundary portion between the low potential (GND) reference circuit and the level shift circuit, but is formed, for example, at the boundary portion between the high potential (floating) reference circuit and the level shift circuit. Can exhibit the same obstacle effect. The formation position of the second impurity region 2a may be other than the boundary portion of each circuit, but by forming it at the boundary portion of each circuit, the potential fixing effect by the second impurity region 2a can be efficiently exhibited and Even if the potential is fixed on the main surface side via the two trenches 5, the degree of freedom in circuit design can be ensured to the maximum. In addition, as in the semiconductor device 101 shown in FIG. 4, the first first trench 4 is preferably disposed adjacent to the second trench 5. Further, the width of the second trench 5 is preferably larger than the width of the first first trench 4. Thereby, as will be described later, etching for forming the first trench 4 and the second trench 5 can be performed in the same process.

図5に別の半導体装置102を示す。図4の半導体装置101では、第2不純物領域2aがGND基準回路とレベルシフト回路の境界部においてSOI基板10の埋め込み酸化膜3下に形成されていた。これに対して、図5の半導体装置102では、第2半導体層2と同じ導電型で不純物濃度が高い(n+)第2不純物領域2bが、SOI構造半導体基板12の全面において、埋め込み酸化膜3下に形成されている。このように、第2不純物領域2bを埋め込み酸化膜3下の全面に形成することで、第2不純物領域2bによる電位固定効果を確実に発揮させると共に、第2トレンチ5を介した主面側での電位固定を両立させても、回路設計上の自由度を最大限に確保することができる。   FIG. 5 shows another semiconductor device 102. In the semiconductor device 101 of FIG. 4, the second impurity region 2a is formed under the buried oxide film 3 of the SOI substrate 10 at the boundary between the GND reference circuit and the level shift circuit. On the other hand, in the semiconductor device 102 of FIG. 5, the (n +) second impurity region 2b having the same conductivity type and high impurity concentration as the second semiconductor layer 2 is formed on the entire surface of the SOI structure semiconductor substrate 12 with the buried oxide film 3. Formed below. Thus, by forming the second impurity region 2b on the entire surface under the buried oxide film 3, the potential fixing effect by the second impurity region 2b is surely exhibited, and at the main surface side through the second trench 5. Even if the potential is fixed at the same time, the maximum degree of freedom in circuit design can be secured.

図4,5に示す半導体装置101,102は、支持基板である第2半導体層2全体を高濃度にする場合に較べて、プロセス加工中における不純物の気相拡散を抑制することができ、この不純物拡散による第1半導体層1の表層部に形成される回路素子の特性ばらつきを低減することができる。また、他の電位固定方法として、第1半導体層1の表層部に回路素子を形成した後、必要な領域を裏面からエッチングし、金属膜で電位を固定する方法が考えられる。しかしながら、この裏面エッチングする方法に較べて、図4,5の半導体装置101,102における電位固定方法は、SOI構造半導体基板10,12の応力変動を抑制することができ、この応力変動による回路素子の特性変動を低減することができる。   The semiconductor devices 101 and 102 shown in FIGS. 4 and 5 can suppress the vapor phase diffusion of impurities during the process, compared with the case where the entire second semiconductor layer 2 as the support substrate is made high in concentration. Variations in characteristics of circuit elements formed in the surface layer portion of the first semiconductor layer 1 due to impurity diffusion can be reduced. As another potential fixing method, a method of forming a circuit element on the surface layer portion of the first semiconductor layer 1 and then etching a necessary region from the back surface to fix the potential with a metal film is conceivable. However, compared with the method of etching the back surface, the potential fixing method in the semiconductor devices 101 and 102 of FIGS. 4 and 5 can suppress the stress fluctuation of the SOI structure semiconductor substrates 10 and 12, and the circuit element due to the stress fluctuation. It is possible to reduce fluctuations in characteristics.

以上のようにして、図4,5の半導体装置101,102は、SOI基板10,12の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、上記いずれかの回路に急峻に変化する電圧が印加されても別の回路への影響が抑制された半導体装置とすることができる。   As described above, the semiconductor devices 101 and 102 of FIGS. 4 and 5 are semiconductor devices in which the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit are provided in the surface layer portion of the SOI substrates 10 and 12. Thus, even if a voltage that changes sharply is applied to any of the above circuits, a semiconductor device in which the influence on another circuit is suppressed can be obtained.

尚、半導体装置101,102は、埋め込み酸化膜3下の第2半導体層2に第2不純物領域2a,2bを形成するものであり、埋め込み酸化膜3上の第1半導体層1に形成する上記各回路の回路素子には影響が及ばず、回路設計は従来の半導体装置と同様に行うことができる。従って、回路設計上の自由度も、従来の図12に示す半導体装置92と同様に確保されている。   The semiconductor devices 101 and 102 form the second impurity regions 2 a and 2 b in the second semiconductor layer 2 below the buried oxide film 3, and are formed on the first semiconductor layer 1 on the buried oxide film 3. The circuit elements of each circuit are not affected, and the circuit design can be performed in the same manner as a conventional semiconductor device. Therefore, the degree of freedom in circuit design is ensured similarly to the conventional semiconductor device 92 shown in FIG.

次に、図4に示す半導体装置101の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 101 shown in FIG. 4 will be described.

図6〜8は、半導体装置101の特徴である第2不純物領域2aと第2トレンチ5の形成方法を示す工程別断面図である。   FIGS. 6 to 8 are cross-sectional views by process showing a method of forming the second impurity region 2 a and the second trench 5, which is a feature of the semiconductor device 101.

図6(a)に示すように、基板貼り合わせ法によるSOI構造半導体基板10を準備した後、第1半導体層1上に熱酸化膜1b、窒化シリコン(SiN)膜1cおよび酸化シリコン(SiO)膜1dを順次堆積する。SiO膜1dはトレンチエッチング時のマスクとして用いられ、SiN膜1cはマスクとして用いられたSiO膜1dをエッチング後に除去するためのストッパとなる。エッチングマスクとして用いられるSiO膜1dの膜厚は、エッチング時の膜減り量を考慮して、厚く堆積させる。   As shown in FIG. 6A, after preparing the SOI structure semiconductor substrate 10 by the substrate bonding method, the thermal oxide film 1b, the silicon nitride (SiN) film 1c, and the silicon oxide (SiO) are formed on the first semiconductor layer 1. A film 1d is sequentially deposited. The SiO film 1d is used as a mask during trench etching, and the SiN film 1c serves as a stopper for removing the SiO film 1d used as the mask after etching. The film thickness of the SiO film 1d used as an etching mask is deposited thick in consideration of the amount of film reduction during etching.

次に、フォトレジストをマスクとして、SiN膜1cとSiO膜1dにおける第1トレンチ4と第2トレンチ5の形成領域を開口する。この際、第2トレンチ5の幅tは、第1トレンチ4の幅sより大きく設定しておく。SiN膜1cとSiO膜1dを完全に除去できるまでオーバーエッチングして、レジストマスクを除去する。   Next, using the photoresist as a mask, the formation regions of the first trench 4 and the second trench 5 in the SiN film 1c and the SiO film 1d are opened. At this time, the width t of the second trench 5 is set larger than the width s of the first trench 4. The resist mask is removed by over-etching until the SiN film 1c and the SiO film 1d can be completely removed.

次に、図6(b)に示すように、SiO膜1dに対し選択比20以上有するSiドライエッチング(SF、Oを含む低温のECRエッチング処理)にて、第1半導体層1に第1トレンチ4と第2トレンチ5を形成する。 Next, as shown in FIG. 6B, the first semiconductor layer 1 is subjected to Si dry etching (low temperature ECR etching processing including SF 6 and O 2 ) having a selection ratio of 20 or more with respect to the SiO film 1d. One trench 4 and a second trench 5 are formed.

ここで、図9に、上記エッチングによるトレンチ幅とエッチングレートの関係を示す。図9の結果より、トレンチ幅が大きくなるほど、エッチングレートが増大する。第2トレンチ5の幅tが第1トレンチ4の幅sより大きく設定してあるのは、このトレンチ幅の違いによるエッチングレートの差を利用するためである。   Here, FIG. 9 shows the relationship between the trench width and the etching rate by the etching. From the results in FIG. 9, the etching rate increases as the trench width increases. The reason why the width t of the second trench 5 is set larger than the width s of the first trench 4 is to use the difference in etching rate due to the difference in trench width.

従って、図6(b)に示すように、第1トレンチ4と第2トレンチ5のエッチングを同時に行うと、最初に幅の広い第2トレンチ5の先端が埋め込み酸化膜3に到達し、この段階で第1半導体層1のエッチングを終了する。   Therefore, as shown in FIG. 6B, when the first trench 4 and the second trench 5 are simultaneously etched, the tip of the wide second trench 5 first reaches the buried oxide film 3, and this stage Then, the etching of the first semiconductor layer 1 is finished.

続いて、図6(c)に示すように、酸化膜エッチングを行い、埋め込み酸化膜3が露出している第2トレンチ5のみエッチングして、第2トレンチ5の先端を支持基板である第2半導体層2に到達させる。   Subsequently, as shown in FIG. 6C, oxide film etching is performed, and only the second trench 5 where the buried oxide film 3 is exposed is etched, and the tip of the second trench 5 is the second supporting substrate. The semiconductor layer 2 is reached.

続いて、図7(a)に示すように、Siエッチングを行い、第1トレンチ4の先端を埋め込み酸化膜3に到達させる。その際には、第2トレンチ5の先端の支持基板である第2半導体層2も同時に削れる。   Subsequently, as shown in FIG. 7A, Si etching is performed so that the tip of the first trench 4 reaches the buried oxide film 3. At that time, the second semiconductor layer 2 which is the support substrate at the tip of the second trench 5 is also shaved at the same time.

次に、図7(b)に示すように、トレンチマスクをそのまま利用して、第2トレンチ5の先端の第2半導体層2にリン(P)をイオン注入し、第2不純物領域2aとなるリンイオン注入領域を形成する。尚、イオン注入時の加速電圧は、注入イオンがSiO膜1d、SiN膜1cおよび熱酸化膜1bからなる積層膜を通過できない範囲に設定する。   Next, as shown in FIG. 7B, using the trench mask as it is, phosphorus (P) is ion-implanted into the second semiconductor layer 2 at the tip of the second trench 5 to form the second impurity region 2a. A phosphorus ion implantation region is formed. The acceleration voltage at the time of ion implantation is set to a range in which the implanted ions cannot pass through the laminated film composed of the SiO film 1d, the SiN film 1c, and the thermal oxide film 1b.

次に、図7(c)に示すように、熱酸化処理を行い、第1トレンチ4と第2トレンチ5に側壁酸化膜4s,5sを形成する。この熱酸化処理によって、同時に第2半導体層2におけるリンイオン注入領域の拡散・活性化を行い、第2不純物領域2aを形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, thermal oxidation treatment is performed to form side wall oxide films 4 s and 5 s in the first trench 4 and the second trench 5. By this thermal oxidation treatment, the phosphorous ion implantation region in the second semiconductor layer 2 is simultaneously diffused and activated to form the second impurity region 2a.

次に、図8(a)に示すように、異方性のSiOエッチングを用いて、前工程において第2トレンチ5の底に形成された酸化膜を除去する。エッチング条件は、側壁酸化膜4s,5sおよび第1トレンチ4の底に露出する埋め込み酸化膜3を除去しない条件に設定する。 Next, as shown in FIG. 8A, the oxide film formed at the bottom of the second trench 5 in the previous step is removed by using anisotropic SiO 2 etching. Etching conditions are set such that the sidewall oxide films 4 s and 5 s and the buried oxide film 3 exposed at the bottom of the first trench 4 are not removed.

次に、図8(b)に示すように、n導電型の不純物を高濃度に含有し(n+)導電性のある多結晶シリコン5uを全面に堆積して、第1トレンチ4と第2トレンチ5を埋め戻す。   Next, as shown in FIG. 8B, polycrystalline silicon 5u containing n-conductivity type impurities at a high concentration and having (n +) conductivity is deposited on the entire surface, and the first trench 4 and the second trench are then deposited. Backfill 5

次に、図8(c)に示すように、SiN膜1cをストッパとして、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により、SOI基板10の上面に堆積した多結晶シリコン5uとSiO膜1dを除去する。   Next, as shown in FIG. 8C, the polycrystalline silicon 5u and the SiO film 1d deposited on the upper surface of the SOI substrate 10 are removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) using the SiN film 1c as a stopper.

図8(c)以降は、通常の半導体装置の製造工程を用いて、第1半導体層1の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路を形成する。   After FIG. 8C, a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are formed in the surface layer portion of the first semiconductor layer 1 using a normal semiconductor device manufacturing process.

以上で、図4に示す半導体装置101が製造される。   Thus, the semiconductor device 101 shown in FIG. 4 is manufactured.

尚、図5に示す半導体装置102の製造については、第2不純物領域2bを、SOI基板12の準備段階において、予め形成しておく。すなわち、支持基板である第2半導体層2となる一方のシリコン(Si)基板の表面に不純物を注入して第2不純物領域2bを形成し、第1半導体層1となるもう一方のシリコン(Si)基板に対向させて、通常用いられる基板貼り合わせ法により貼り合わせる。この基板貼り合わせ時に、埋め込み酸化膜3が形成される。次に、第1半導体層1を所定の厚さに研磨する。これにより、埋め込み酸化膜3下に第2不純物領域2bが形成されたSOI構造半導体基板12が形成される。   In the manufacture of the semiconductor device 102 shown in FIG. 5, the second impurity region 2 b is formed in advance at the stage of preparing the SOI substrate 12. That is, impurities are implanted into the surface of one silicon (Si) substrate that becomes the second semiconductor layer 2 that is the support substrate to form the second impurity region 2b, and the other silicon (Si that becomes the first semiconductor layer 1) ) Opposing to the substrate, bonding is performed by a commonly used substrate bonding method. A buried oxide film 3 is formed at the time of bonding the substrates. Next, the first semiconductor layer 1 is polished to a predetermined thickness. Thus, the SOI structure semiconductor substrate 12 in which the second impurity region 2b is formed under the buried oxide film 3 is formed.

このSOI基板12を用いて、図7(b)に示したイオン注入工程を除いた図6〜図8に示した工程を用いて、図5に示す半導体装置102が製造される。   The semiconductor device 102 shown in FIG. 5 is manufactured by using the SOI substrate 12 and using the steps shown in FIGS. 6 to 8 except the ion implantation step shown in FIG. 7B.

図6〜図8に示した半導体装置101,102の製造方法は、第1トレンチ4と第2トレンチ5を形成するためのエッチングを、同一工程で行っている。このため、半導体装置101,102を安価に製造することができる。   In the manufacturing method of the semiconductor devices 101 and 102 shown in FIGS. 6 to 8, the etching for forming the first trench 4 and the second trench 5 is performed in the same process. For this reason, the semiconductor devices 101 and 102 can be manufactured at low cost.

(他の実施形態)
上記実施形態の半導体装置100〜103は、いずれも、第1半導体層1と第2半導体層2がn導電型のSOI構造半導体基板10〜12を用いた半導体装置であった。しかしながら、本発明の半導体装置はこれに限らず、p導電型のSOI構造半導体基板を用いた半導体装置であってもよい。尚、この場合には、上記実施形態において示した各図の導電型がすべて逆転する。
(Other embodiments)
Each of the semiconductor devices 100 to 103 of the above embodiment is a semiconductor device in which the first semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2 use the n-conductivity type SOI structure semiconductor substrates 10 to 12. However, the semiconductor device of the present invention is not limited to this, and may be a semiconductor device using a p-conductivity type SOI structure semiconductor substrate. In this case, all the conductivity types shown in the above-described embodiments are reversed.

また上記形態の半導体装置では、低電位基準回路をGND(グランド)基準回路とし、高電位基準回路を浮遊基準回路とする、インバータ駆動用の高耐圧ICであった。しかしながら、本発明の半導体装置はこれに限らず、低電位と高電位の2つの異なる基準電位回路とこれらを接続するレベルシフト回路が設けられてなる任意の半導体装置に適用することができる。   In the semiconductor device of the above embodiment, the inverter is a high breakdown voltage IC for driving an inverter in which the low potential reference circuit is a GND (ground) reference circuit and the high potential reference circuit is a floating reference circuit. However, the semiconductor device of the present invention is not limited to this, and can be applied to any semiconductor device provided with two different reference potential circuits of a low potential and a high potential and a level shift circuit for connecting them.

第1実施形態における半導体装置の模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. (a)〜(d)は、図1の半導体装置の製造方法を説明する図で、図1の半導体装置の特徴である第1不純物層と第2埋め込み酸化膜の形成方法を示す工程別断面図である。(A)-(d) is a figure explaining the manufacturing method of the semiconductor device of FIG. 1, and the cross section according to process which shows the formation method of the 1st impurity layer and 2nd buried oxide film which are the characteristics of the semiconductor device of FIG. FIG. (a)〜(d)は、図1の半導体装置の製造方法を説明する図で、トレンチを先に形成する場合の工程別断面図である。(A)-(d) is a figure explaining the manufacturing method of the semiconductor device of FIG. 1, and is sectional drawing according to process in the case of forming a trench previously. 第2実施形態における半導体装置の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第2実施形態における別の半導体装置の模式的な断面図である。It is a typical sectional view of another semiconductor device in a 2nd embodiment. (a)〜(c)は、図4の半導体装置の特徴である第2不純物領域と第2トレンチの形成方法を示す工程別断面図である。(A)-(c) is sectional drawing according to process which shows the formation method of the 2nd impurity region and 2nd trench which are the characteristics of the semiconductor device of FIG. (a)〜(c)は、図4の半導体装置の特徴である第2不純物領域と第2トレンチの形成方法を示す工程別断面図である。(A)-(c) is sectional drawing according to process which shows the formation method of the 2nd impurity region and 2nd trench which are the characteristics of the semiconductor device of FIG. (a)〜(c)は、図4の半導体装置の特徴である第2不純物領域と第2トレンチの形成方法を示す工程別断面図である。(A)-(c) is sectional drawing according to process which shows the formation method of the 2nd impurity region and 2nd trench which are the characteristics of the semiconductor device of FIG. トレンチ幅とエッチングレートの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a trench width and an etching rate. (a)は、特許文献1に開示されているモータ制御用インバータのパワー部分を中心に説明する回路構成図である。(b)は、(a)で用いられる高耐圧IC(HVIC)の内部構成ユニットのブロック図である。(A) is a circuit block diagram explaining centering on the power part of the inverter for motor control currently disclosed by patent document 1. FIG. (B) is a block diagram of an internal configuration unit of a high voltage IC (HVIC) used in (a). 特許文献2に開示されている従来の高耐圧ICを示す図である。It is a figure which shows the conventional high voltage | pressure-resistant IC currently disclosed by patent document 2. FIG. 誘電体分離構造の高耐圧ICとして、SOI基板とトレンチ分離を用いた従来のインバータ駆動用高耐圧ICを示す図である。It is a figure which shows the conventional high voltage IC for inverter drive using SOI substrate and trench isolation as a high voltage IC with a dielectric isolation structure. SOI−RESURF構造を説明する図である。It is a figure explaining an SOI-RESURF structure. (a),(b)は、GND基準回路形成領域における空乏層の拡がりを示す図である。(A), (b) is a figure which shows the expansion of the depletion layer in a GND reference circuit formation area.

符号の説明Explanation of symbols

90〜92,100〜102 半導体装置(高耐圧IC)
10〜12 SOI構造半導体基板
1 第1半導体層
1a 第1不純物層
2 第2半導体層(支持基板)
2a,2b 第2不純物領域
3 埋め込み酸化膜
3a 第2埋め込み酸化膜
4 (第1)トレンチ
4s 側壁酸化膜
5 第2トレンチ
5s 側壁絶縁膜(酸化膜)
5u 多結晶シリコン
90 to 92, 100 to 102 Semiconductor device (high voltage IC)
10-12 SOI structure semiconductor substrate 1 1st semiconductor layer 1a 1st impurity layer 2 2nd semiconductor layer (support substrate)
2a, 2b 2nd impurity region 3 buried oxide film 3a second buried oxide film 4 (first) trench 4s sidewall oxide film 5 second trench 5s sidewall insulating film (oxide film)
5u polycrystalline silicon

Claims (21)

埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、
前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、前記埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離され、
前記第1半導体層における前記埋め込み酸化膜上に、前記第1半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第1不純物層が形成され、
前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のうち少なくとも一つの回路の形成領域において、前記第1半導体層中に第2埋め込み酸化膜が形成され、
前記第2埋め込み酸化膜により、前記第1半導体層の表層部に形成される前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のうち少なくとも一つの回路と前記第1不純物層とが、互いに絶縁分離されてなることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in a surface layer portion of a first semiconductor layer on a main surface side of an SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film,
The formation regions of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit are insulated from each other by a first trench reaching the buried oxide film,
A first impurity layer having the same conductivity type as the first semiconductor layer and a high impurity concentration is formed on the buried oxide film in the first semiconductor layer,
A second buried oxide film is formed in the first semiconductor layer in a formation region of at least one of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit;
At least one of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit formed in the surface layer portion of the first semiconductor layer by the second buried oxide film and the first impurity layer are mutually connected. A semiconductor device characterized by being insulated and separated.
前記第2埋め込み酸化膜が形成される回路が、前記レベルシフト回路であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the circuit in which the second buried oxide film is formed is the level shift circuit. 前記レベルシフト回路におけるMOSトランジスタのソース拡散領域の先端が、もしくはソース拡散領域とドレイン拡散領域の先端が、前記第2埋め込み酸化膜に達していることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a leading end of a source diffusion region of a MOS transistor or a leading end of a source diffusion region and a drain diffusion region reaches the second buried oxide film in the level shift circuit. . 前記第1半導体層が、n導電型であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is of n conductivity type. 前記低電位基準回路が、GND基準回路であり、前記高電位基準回路が、浮遊基準回路であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the low potential reference circuit is a GND reference circuit, and the high potential reference circuit is a floating reference circuit. 6. 前記半導体装置が、インバータ駆動用の高耐圧ICであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a high voltage IC for driving an inverter. 埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなり、
前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、前記埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離され、
前記第1半導体層における前記埋め込み酸化膜上に、前記第1半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第1不純物層が形成され、
前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路のうち少なくとも一つの回路の形成領域において、前記第1半導体層中に第2埋め込み酸化膜が形成されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記第2埋め込み酸化膜を、酸素イオン注入により形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided on the surface layer portion of the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film,
The formation regions of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit are insulated from each other by a first trench reaching the buried oxide film,
A first impurity layer having the same conductivity type as the first semiconductor layer and a high impurity concentration is formed on the buried oxide film in the first semiconductor layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a second buried oxide film is formed in the first semiconductor layer in a formation region of at least one of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit. ,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second buried oxide film is formed by oxygen ion implantation.
前記酸素イオン注入を、前記第1トレンチの形成前に行うことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the oxygen ion implantation is performed before the formation of the first trench. 前記酸素イオン注入を、前記第1トレンチの形成後に行うことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the oxygen ion implantation is performed after the formation of the first trench. 埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられてなる半導体装置であって、
前記SOI構造半導体基板の裏面側の第2半導体層における前記埋め込み酸化膜下に、前記第2半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第2不純物領域が形成され、
主面側から前記埋め込み酸化膜を貫通して前記第2不純物領域に達するトレンチであって、当該トレンチ内部に側壁絶縁膜を介して前記第2不純物領域と同じ導電型の不純物を含有する多結晶シリコンが埋め込まれた第2トレンチが形成され、
前記第2トレンチに埋め込まれた多結晶シリコンを介して、前記第2不純物領域の電位が、主面側において固定されてなることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided in a surface layer portion of a first semiconductor layer on a main surface side of an SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film,
A second impurity region having the same conductivity type as the second semiconductor layer and a high impurity concentration is formed under the buried oxide film in the second semiconductor layer on the back surface side of the SOI structure semiconductor substrate,
A trench that penetrates the buried oxide film from the main surface side and reaches the second impurity region, and includes a polycrystal containing impurities of the same conductivity type as the second impurity region through a sidewall insulating film inside the trench A second trench embedded with silicon is formed;
A semiconductor device, wherein the potential of the second impurity region is fixed on the main surface side through polycrystalline silicon embedded in the second trench.
前記第2不純物領域が、前記低電位基準回路とレベルシフト回路の境界部または前記高電位基準回路とレベルシフト回路の境界部の少なくとも一方の境界部において、前記埋め込み酸化膜下に形成されてなることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。   The second impurity region is formed under the buried oxide film at at least one of the boundary between the low potential reference circuit and the level shift circuit or the boundary between the high potential reference circuit and the level shift circuit. The semiconductor device according to claim 10. 前記第2不純物領域が、前記SOI構造半導体基板の全面において、前記埋め込み酸化膜下に形成されてなることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the second impurity region is formed under the buried oxide film over the entire surface of the SOI structure semiconductor substrate. 前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、前記埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離されてなることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一項に記載の半導体装置。   The formation region of each of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit is insulated from each other by a first trench reaching the buried oxide film. The semiconductor device according to item. 前記第2トレンチに隣接して、前記第1トレンチが配置されてなることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 13, wherein the first trench is disposed adjacent to the second trench. 前記第2トレンチの幅が、前記第1トレンチの幅より大きいことを特徴とする請求項13または14に記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 13, wherein a width of the second trench is larger than a width of the first trench. 前記第1半導体層が、n導電型であることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer is of n conductivity type. 前記低電位基準回路が、GND基準回路であり、前記高電位基準回路が、浮遊基準回路あることを特徴とする請求項10乃至16のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the low potential reference circuit is a GND reference circuit, and the high potential reference circuit is a floating reference circuit. 前記半導体装置が、インバータ駆動用の高耐圧ICであることを特徴とする請求項10乃至17のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor device is a high voltage IC for driving an inverter. 埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられ、
前記SOI構造半導体基板の裏面側の第2半導体層における前記埋め込み酸化膜下に、前記第2半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第2不純物領域が形成され、
主面側から前記埋め込み酸化膜を貫通して前記第2不純物領域に達するトレンチであって、当該トレンチ内部に側壁絶縁膜を介して前記第2不純物領域と同じ導電型の不純物を含有する多結晶シリコンが埋め込まれた第2トレンチが形成されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記第2不純物領域を、前記多結晶シリコンを埋め込む前に第2トレンチの開口部から不純物をイオン注入して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided on the surface layer portion of the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film,
A second impurity region having the same conductivity type as the second semiconductor layer and a high impurity concentration is formed under the buried oxide film in the second semiconductor layer on the back surface side of the SOI structure semiconductor substrate,
A trench that penetrates the buried oxide film from the main surface side and reaches the second impurity region, and includes a polycrystal containing impurities of the same conductivity type as the second impurity region through a sidewall insulating film inside the trench A method of manufacturing a semiconductor device in which a second trench embedded with silicon is formed,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second impurity region is formed by ion-implanting impurities from an opening of the second trench before the polycrystalline silicon is embedded.
埋め込み酸化膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層の表層部に、低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路が設けられ、
前記SOI構造半導体基板の裏面側の第2半導体層における前記埋め込み酸化膜下に、前記第2半導体層と同じ導電型で不純物濃度が高い第2不純物領域が形成され、
主面側から前記埋め込み酸化膜を貫通して前記第2不純物領域に達するトレンチであって、当該トレンチ内部に、側壁絶縁膜を介して前記第2不純物領域と同じ導電型の不純物を含有する多結晶シリコンが埋め込まれた第2トレンチが形成されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記SOI構造半導体基板を基板貼り合わせ法により形成し、前記第2不純物領域を貼り合わされる前の一方の基板表面に予め形成しておくことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift circuit are provided on the surface layer portion of the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate having a buried oxide film,
A second impurity region having the same conductivity type as the second semiconductor layer and a high impurity concentration is formed under the buried oxide film in the second semiconductor layer on the back surface side of the SOI structure semiconductor substrate,
A trench that penetrates the buried oxide film from the main surface side and reaches the second impurity region, and contains a plurality of impurities having the same conductivity type as the second impurity region in the trench through a sidewall insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device in which a second trench embedded with crystalline silicon is formed,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the SOI structure semiconductor substrate is formed by a substrate bonding method, and the second impurity region is formed in advance on one substrate surface before being bonded.
前記低電位基準回路、高電位基準回路およびレベルシフト回路の各形成領域が、前記埋め込み酸化膜に達する第1トレンチによって互いに絶縁分離されてなり、
前記第1トレンチと前記第2トレンチを形成するためのエッチングを、同一工程により行うことを特徴とする請求項19または20に記載の半導体装置の製造方法。
The formation regions of the low potential reference circuit, the high potential reference circuit, and the level shift circuit are insulated from each other by a first trench reaching the buried oxide film,
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein the etching for forming the first trench and the second trench is performed in the same process.
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