JP2010010305A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、埋め込み絶縁膜(シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、その積層膜等)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、低電位基準回路部と高電位基準回路部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 provides a low potential reference circuit portion and a high potential on a first semiconductor layer on the main surface side of an SOI (Silicon On Insulator) structure semiconductor substrate having a buried insulating film (silicon oxide film, silicon nitride film, laminated film thereof, etc.). The present invention relates to a semiconductor device provided with a potential reference circuit portion and a manufacturing method thereof.
埋め込み絶縁膜を有する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部と高電位基準回路部が設けられてなる半導体装置が、例えば、特開2006−93229号公報(特許文献1)と特開2007−266561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 portion and a high potential reference circuit portion are provided in a first semiconductor layer on the main surface side of an SOI structure semiconductor substrate having a buried insulating film is disclosed in, for example, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-93229 (patent) Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-266561 (Patent Document 2).
図8と図9は、特許文献1,2にある従来のインバータ駆動用高電圧ICの代表例で、図8は、高電圧IC90の模式的な上面図であり、図9は、高電圧IC90の模式的な断面図である。
8 and 9 are representative examples of conventional high-voltage ICs for driving an inverter disclosed in
図8と図9に示す高電圧IC90は、埋め込み絶縁膜3を有するSOI基板10に形成されており、SOI基板10のSOI層1には、低電位(GND)基準回路部および高電位(浮遊)基準回路部が設けられている。低電位基準回路部および高電位基準回路部における各デバイス形成領域は、図9に示すに示すように、埋め込み絶縁膜3と該埋め込み絶縁膜3に達する絶縁分離トレンチ4(側壁酸化膜4s)で、互いに絶縁(誘電体)分離されている。SOI基板10は、基板の貼り合わせによって形成されており、埋め込み絶縁膜3の下は、シリコン(Si)からなる厚い支持基板2となっている。尚、図8では、簡単化のため、絶縁分離トレンチ4の図示を省略している。
図8と図9に示す高電圧IC90では、低電位基準回路部および高電位基準回路部の各デバイス形成領域が、前述したように、埋め込み絶縁膜3と絶縁分離トレンチ4に囲まれている。このため、例えばバルクの単結晶シリコン基板を用いて上記各回路のデバイス形成領域をpn接合分離した高電圧ICと異なり、寄生トランジスタ動作は起きない。しかしながら高電圧IC90では、図9中に例示したように、埋め込み絶縁膜3を挟んで一種のコンデンサC1〜C3が形成された構造となっている。従って、絶縁分離トレンチ4によって分離された任意のデバイス形成領域に急峻に変化する電圧が印加されると、コンデンサC1〜C3による容量結合により、支持基板2を介して変位電流が別のデバイス形成領域に流れることとなる。
In the
このように、SOIやDIW(Dielectric Isolated Wafer)を用いた集積デバイスにでは、絶縁分離された各デバイス形成領域は、直流(DC)的には他のデバイス形成領域と確実に絶縁されている。しかしながら、交流(AC)的または過渡的には、絶縁分離のための誘電体膜(絶縁体膜)が結合容量となって変位電流が流れ、デバイス相互間で電位干渉が生じる。この電位干渉は、図9に示すSOI構造半導体基板10の場合、主として結合面積が大きい埋め込み絶縁膜3を介して伝播する。
Thus, in an integrated device using SOI or DIW (Dielectric Isolated Wafer), each isolated device forming region is reliably insulated from other device forming regions in terms of direct current (DC). However, in an alternating current (AC) or transient manner, a dielectric film (insulator film) for insulation isolation serves as a coupling capacitance, causing a displacement current to flow, causing potential interference between devices. In the case of the SOI
より詳細に説明すると、高電圧IC90の高電位(浮遊)基準回路部では、基準電位が、0〜数百Vの範囲で変動する。図9に示すように、支持基板2がGNDに固定されている場合には、数百Vの電位差が、高電位基準回路部におけるSOI層1と支持基板2の間で繰り返し生じる。このため、高電位基準回路部にある各デバイスには好ましくない変位電流が流れ、誤動作が生じ易い。また、支持基板2が浮遊(フローティング)状態であったり、支持基板2の電位固定が不十分であったりした場合には、高電位基準回路部側の基準電位の変動により支持基板2の電位が変動し、SOI層1にある低電位基準回路部と高電位基準回路部の両方のデバイス形成領域に悪影響が及ぶ。
More specifically, in the high potential (floating) reference circuit portion of the
特に、車載用のインバータ駆動用高電圧ICでは、数百V〜千数百Vの電圧を扱い、μsオーダの短時間で電圧が変化するため、非常に大きな変位電流が流れる。具体的な例として、チップの半分の回路部で基準電位1000Vが1μsで変化したとき、1mm離れた距離にある30μm角のデバイス形成領域に流れる変位電流を算定すると、約0.1μAとなる。実際には、基準電位の変動率dV/dtとして20kV/μsあるいはそれ以上が要求されており、この場合にはμAオーダ以上の電流が流れることになる。従って、例えばバイポーラトランジスタ素子のベース電流にこのような変位電流が重畳した場合、高精度なトランジスタ動作は期待し得ない。 In particular, in-vehicle inverter driving high voltage ICs handle voltages of several hundred V to several hundreds of V, and the voltage changes in a short time of the order of μs, so that a very large displacement current flows. As a specific example, when the reference potential 1000 V changes in 1 μs in the circuit part of the half of the chip, the displacement current flowing in the 30 μm square device formation region at a distance of 1 mm is calculated to be about 0.1 μA. Actually, the fluctuation rate dV / dt of the reference potential is required to be 20 kV / μs or more, and in this case, a current of the order of μA or more flows. Therefore, for example, when such a displacement current is superimposed on the base current of the bipolar transistor element, a highly accurate transistor operation cannot be expected.
そこで本発明は、埋め込み絶縁膜を有する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部と高電位基準回路部が設けられてなる小型の半導体装置であって、高電位基準回路部内で基準電位の急峻な変動がある場合であっても、周りのデバイス形成領域への影響(電位干渉)を抑制することができ、誤動作が生じ難い半導体装置、および該半導体装置の安価な製造方法を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention is a small semiconductor device in which a low potential reference circuit portion and a high potential reference circuit portion are provided in a first semiconductor layer on the main surface side of an SOI structure semiconductor substrate having a buried insulating film, Even when there is a steep change in the reference potential in the reference circuit portion, the influence on the surrounding device formation region (potential interference) can be suppressed, and a semiconductor device in which malfunction is unlikely to occur, and the cost of the semiconductor device are low It aims to provide a simple manufacturing method.
請求項1に記載の半導体装置は、埋め込み絶縁膜を間に挟んで、主面側のシリコンからなる第1半導体層と裏面側のシリコンからなる第2半導体層とで構成されるSOI構造の半導体基板において、前記主面側の第1半導体層に、低電位基準回路部と高電位基準回路部が設けられ、前記低電位基準回路部と前記高電位基準回路部における各デバイス形成領域が、前記埋め込み絶縁膜に達する絶縁分離トレンチによって互いに絶縁分離されてなる半導体装置であって、前記裏面側の第2半導体層に、前記埋め込み絶縁膜に達するようにして、該第2半導体層より多孔質の多孔質シリコン領域が形成され、該多孔質シリコン領域により仕切られて、前記第2半導体層が、複数のフィールド領域に分離され、前記フィールド領域が、電位固定されてなることを特徴としている。
The semiconductor device according to
上記半導体装置は、埋め込み絶縁膜を有するSOI構造半導体基板の主面側の第1半導体層に、低電位基準回路部と高電位基準回路部が設けられてなる小型の半導体装置である。主面側の低電位基準回路部と高電位基準回路における各デバイス形成領域は、埋め込み絶縁膜に達する絶縁分離トレンチによって、互いに絶縁分離されている。また、裏面側の第2半導体層は、埋め込み絶縁膜に達する多孔質シリコン領域により仕切られて、複数のフィールド領域に分離された構造となっており、上記半導体装置においては、該フィールド領域が、電位固定される。 The semiconductor device is a small semiconductor device in which a low potential reference circuit portion and a high potential reference circuit portion are provided in a first semiconductor layer on the main surface side of an SOI structure semiconductor substrate having a buried insulating film. The device formation regions in the low-potential reference circuit section and the high-potential reference circuit on the main surface side are insulated and isolated from each other by an insulating isolation trench that reaches the buried insulating film. Further, the second semiconductor layer on the back surface side is divided by a porous silicon region reaching the buried insulating film and separated into a plurality of field regions. In the semiconductor device, the field region is The potential is fixed.
従って、上記半導体装置においては、裏面側の各フィールド領域を好ましい基準電位に適宜電位固定することで、例えば高電位基準回路部内で基準電位の急峻な変動がある場合であっても、周りのデバイス形成領域への影響(電位干渉)を抑制することができる。これによって、上記半導体装置は、誤動作が生じ難い半導体装置とすることが可能である。 Therefore, in the above semiconductor device, each field region on the back side is appropriately fixed at a preferable reference potential, so that, for example, even when there is a steep change in the reference potential in the high potential reference circuit section, the surrounding devices The influence (potential interference) on the formation region can be suppressed. Thus, the semiconductor device can be a semiconductor device that is unlikely to malfunction.
例えば、請求項2に記載のように、前記高電位基準回路部の直下の前記フィールド領域を、前記高電位基準回路部と同じ基準電位に電位固定し、前記低電位基準回路部の直下の前記フィールド領域を、前記低電位基準回路部と同じ接地(GND)基準電位に電位固定する。
For example, as in
これによって、埋め込み絶縁膜を間に挟んだ主面側の第1半導体層と裏面側の第2半導体層は、高電位基準回路部と低電位基準回路部でそれぞれ同じ基準電位となり、埋め込み絶縁膜を介した容量結合による変位電流が抑制される。従って、例えば第2半導体層に上記多孔質シリコン領域を形成せず、該第2半導体層の全体を接地(GND)基準電位に電位固定する場合に較べて、高電位基準回路部内のいずれかのデバイス形成領域で基準電位の急峻な変動があっても、周りのデバイス形成領域への影響を抑制することができる。 As a result, the first semiconductor layer on the main surface side and the second semiconductor layer on the back surface side sandwiching the buried insulating film have the same reference potential in the high potential reference circuit portion and the low potential reference circuit portion, respectively. Displacement current due to capacitive coupling via is suppressed. Therefore, for example, compared with the case where the porous semiconductor region is not formed in the second semiconductor layer and the whole of the second semiconductor layer is fixed to the ground (GND) reference potential, any of the high potential reference circuit portions Even if there is a steep change in the reference potential in the device formation region, the influence on the surrounding device formation region can be suppressed.
また、上記多孔質シリコン領域は、周りの前記フィールド領域より高抵抗であるため、リーク電流も抑制することが可能である。 Further, since the porous silicon region has a higher resistance than the surrounding field region, it is possible to suppress leakage current.
上記半導体装置は、請求項3に記載のように、前記絶縁分離トレンチが、側壁酸化膜と埋め込み多結晶シリコンからなる絶縁分離トレンチであり、前記埋め込み多結晶シリコンが、前記埋め込み絶縁膜を貫通して、前記フィールド領域に接続されてなり、前記フィールド領域が、前記埋め込み多結晶シリコンを介して、前記半導体基板の主面側から電位固定されてなる構造とすることができる。
The semiconductor device according to
これによれば、裏面側の各フィールド領域についても主面側から電位固定できるため、配線の取り回しが容易であり、製造コストを低減して安価な半導体装置とすることができる。 According to this, since the potential of each field region on the back surface side can be fixed from the main surface side, the wiring can be easily handled, and the manufacturing cost can be reduced to provide an inexpensive semiconductor device.
また、上記半導体装置は、請求項4に記載のように、前記多孔質シリコン領域が、前記第2半導体層の裏面側表層部の全面に延設されてなる構造とすることができる。これによって、半導体基板の裏面側の全面を、表層部に延設された多孔質シリコン領域で保護することができる。このため、例えば各フィールド領域を異なる基準電位に電位固定する場合であっても、リードフレーム等への搭載が容易になる。 The semiconductor device may have a structure in which the porous silicon region is extended over the entire surface of the rear surface portion of the second semiconductor layer. Thereby, the entire back surface side of the semiconductor substrate can be protected by the porous silicon region extending in the surface layer portion. For this reason, for example, even when each field region is fixed to a different reference potential, it can be easily mounted on a lead frame or the like.
請求項5に記載のように、上記半導体装置は、前記多孔質シリコン領域が、酸化処理されてなる構造であってもよい。この場合には、前記多孔質シリコン領域を、高抵抗領域ではなく、絶縁領域とすることができる。尚、この場合にも、各フィールド領域を電位固定して周りのデバイス形成領域への電位干渉を抑制できることは、言うまでもない。 According to a fifth aspect of the present invention, the semiconductor device may have a structure in which the porous silicon region is oxidized. In this case, the porous silicon region can be an insulating region instead of a high resistance region. In this case as well, it goes without saying that the potential interference to the surrounding device formation region can be suppressed by fixing the potential of each field region.
以上のようにして、上記半導体装置は、埋め込み絶縁膜を有する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部と高電位基準回路部が設けられてなる小型の半導体装置であって、高電位基準回路部内で基準電位の急峻な変動がある場合であっても、周りのデバイス形成領域への影響(電位干渉)を抑制することができ、誤動作が生じ難い半導体装置とすることができる。 As described above, the semiconductor device is a small semiconductor device in which the low potential reference circuit portion and the high potential reference circuit portion are provided in the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate having the buried insulating film. Even when there is a steep fluctuation of the reference potential in the high potential reference circuit portion, the influence on the surrounding device formation region (potential interference) can be suppressed, and the semiconductor device is less likely to malfunction. can do.
従って、上記半導体装置は、低電位基準回路部と高電位基準回路部が必要で、小型化のためにこれらの回路部を一つの半導体基板に形成する、請求項6に記載のインバータ駆動用の高電圧ICに好適である。また、請求項7に記載のように、特に、数百V〜千数百Vの高電圧の取り扱いが必要になる、車載用の半導体装置として好適である。 Therefore, the semiconductor device requires a low potential reference circuit portion and a high potential reference circuit portion, and these circuit portions are formed on a single semiconductor substrate for miniaturization. Suitable for high voltage IC. Further, as described in claim 7, it is particularly suitable as a vehicle-mounted semiconductor device that requires handling of a high voltage of several hundred volts to several hundreds of volts.
請求項8〜11に記載の発明は、上記半導体装置の製造方法に関する。 The invention described in claims 8 to 11 relates to a method of manufacturing the semiconductor device.
請求項8に記載の発明は、埋め込み絶縁膜を間に挟んで、主面側のシリコンからなる第1半導体層と裏面側のシリコンからなる第2半導体層とで構成されるSOI構造の半導体基板において、前記主面側の第1半導体層に、低電位基準回路部と高電位基準回路部が設けられ、前記低電位基準回路部と前記高電位基準回路部における各デバイス形成領域が、前記埋め込み絶縁膜に達する絶縁分離トレンチによって互いに絶縁分離されてなり、前記裏面側の第2半導体層に、前記埋め込み絶縁膜に達するようにして、該第2半導体層より多孔質の多孔質シリコン領域が形成され、該多孔質シリコン領域により仕切られて、前記第2半導体層が、複数のフィールド領域に分離され、前記フィールド領域が、電位固定されてなる半導体装置の製造方法であって、前記多孔質シリコン領域を、陽極化成により形成することを特徴としている。 According to an eighth aspect of the present invention, an SOI structure semiconductor substrate comprising a first semiconductor layer made of silicon on the main surface side and a second semiconductor layer made of silicon on the back surface side with a buried insulating film interposed therebetween. In the first semiconductor layer on the main surface side, a low potential reference circuit portion and a high potential reference circuit portion are provided, and each device formation region in the low potential reference circuit portion and the high potential reference circuit portion is embedded in the first semiconductor layer. Insulating and isolating from each other by an isolation trench that reaches the insulating film, and a porous silicon region that is more porous than the second semiconductor layer is formed in the second semiconductor layer on the back surface side so as to reach the buried insulating film. And a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second semiconductor layer is separated into a plurality of field regions, and the field regions are fixed in potential by being partitioned by the porous silicon region There are, the porous silicon region, it is characterized by formed by anodization.
これによれば、陽極化成処理工程を追加するだけで、該多孔質シリコン領域を簡単に形成することができ、誤動作が生じ難い上記請求項1に記載の半導体装置を安価に製造することができる。
According to this, the porous silicon region can be easily formed only by adding an anodizing treatment step, and the semiconductor device according to
請求項3に記載の絶縁分離トレンチが側壁酸化膜と埋め込み多結晶シリコンからなる半導体装置を製造する場合には、請求項9に記載のように、前記埋め込み多結晶シリコンが、前記埋め込み絶縁膜を貫通して、前記第2半導体層に接続されるようにして、前記絶縁分離トレンチを予め形成し、前記第2半導体層に接続された所定の前記埋め込み多結晶シリコンを正電極として利用して、前記多孔質シリコン領域を、陽極化成により形成することが好ましい。
In the case of manufacturing a semiconductor device in which the isolation isolation trench according to
これによれば、陽極化成処理のための正電極として、該半導体基板への裏面電極の形成を省略することができるため、製造コストをより抑制することができる。 According to this, since the formation of the back electrode on the semiconductor substrate can be omitted as the positive electrode for the anodizing treatment, the manufacturing cost can be further suppressed.
上記製造方法においては、請求項10に記載のように、前記陽極化成を、2段階の工程で行い、前記多孔質シリコン領域を、前記第2半導体層の裏面側表層部の全面に亘って、延設させることができる。これによって、請求項4に記載された半導体装置を製造することができる。
In the manufacturing method, as described in
また、請求項11に記載のように、形成した前記多孔質シリコン領域を、酸化処理するようにしてもよい。これによって、請求項5に記載された半導体装置を製造することができる。
Further, as described in
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一例で、半導体装置20の模式的な断面図である。尚、以下に示す各例の半導体装置において、図8と図9に示した半導体装置(高電圧IC)90と同様の部分については、同じ符号を付した。また、図1の半導体装置20の上面図は、図8に示した半導体装置90のそれと同様であるため、図示を省略した。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a
図1に示す半導体装置20は、埋め込み絶縁膜3を間に挟んで、主面側のシリコンからなる第1半導体層1と裏面側のシリコンからなる第2半導体層(支持基板)2とで構成される、SOI構造の半導体基板11に形成されている。半導体装置20は、図9に示した半導体装置90と同様の車載用のインバータ駆動用高電圧ICで、半導体基板11の主面側の第1半導体層1に、低電位(GND)基準回路部と高電位(浮遊)基準回路部が設けられている。また、第1半導体層1の低電位基準回路部と高電位基準回路部における各デバイス形成領域Dは、埋め込み絶縁膜3に達する絶縁分離トレンチ4によって、互いに絶縁分離されている。
A
一方、図1の半導体装置20においては、図9に示した半導体装置90と異なり、裏面側の第2半導体層2に、埋め込み絶縁膜3に達するようにして、該第2半導体層2より多孔質の多孔質シリコン領域P1が形成されている。そして、多孔質シリコン領域P1により仕切られて、第2半導体層2が、2つのフィールド領域F1,F2に分離されている。また、図1の半導体装置20においては、絶縁分離トレンチ4が側壁酸化膜4sと高不純物濃度の埋め込み多結晶シリコン4pからなり、該埋め込み多結晶シリコン4pが、埋め込み絶縁膜3を貫通して、各フィールド領域F1,F2に接続されている。高電位(浮遊)基準回路部の直下のフィールド領域F2は、高電位基準回路部と同じ変化する高電圧の基準電位Vxxに電位固定されており、低電位基準回路部の直下のフィールド領域F1は、低電位基準回路部と同じ接地(GND)基準電位0Vに電位固定されている。各フィールド領域F1,F2は、いずれも、埋め込み多結晶シリコン4pを介して、半導体基板11の主面側から電位固定されている。
On the other hand, unlike the
図2(a),(b)は、それぞれ、図1に示した半導体装置20と同様の半導体装置で、半導体装置21,22の模式的な下面図である。
2A and 2B are schematic bottom views of the
図2(a)の半導体装置21では、チップを横切るようにして多孔質シリコン領域P2が形成されており、第2半導体層2が、2つのフィールド領域F3,F4に分離されている。図2(b)の半導体装置22では、直上にある高電位基準回路部を取り囲むようにして多孔質シリコン領域P3が形成されており、第2半導体層2が、2つのフィールド領域F5,F6に分離されている。
In the
以上のように、図1と図2で例示した半導体装置20〜22は、いずれも、埋め込み絶縁膜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、低電位基準回路部と高電位基準回路部が設けられてなる小型の半導体装置である。主面側の低電位基準回路部と高電位基準回路における各デバイス形成領域Dは、埋め込み絶縁膜3に達する絶縁分離トレンチ4によって、互いに絶縁分離されている。また、裏面側の第2半導体層2は、埋め込み絶縁膜3に達する多孔質シリコン領域P1〜P3により仕切られて、2つのフィールド領域F1,F3,F5とフィールド領域F2,F4,F6に分離された構造となっている。
As described above, in each of the
また、高電位基準回路部の直下のフィールド領域F2,F4,F6は、高電位基準回路部と同じ基準電位Vxxに電位固定されており、低電位基準回路部の直下のフィールド領域F1,F3,F5は、低電位基準回路部と同じ接地(GND)基準電位に電位固定されている。これによって、埋め込み絶縁膜3を間に挟んだ主面側の第1半導体層1と裏面側の第2半導体層2は、高電位基準回路部と低電位基準回路部でそれぞれ同じ基準電位となり、埋め込み絶縁膜3を介した容量結合による変位電流が抑制される。従って、例えば図9に示した半導体装置90のように、第2半導体層2に上記多孔質シリコン領域P1〜P3を形成せず、第2半導体層2の全体を接地(GND)基準電位に電位固定する場合に較べて、高電位基準回路部内のいずれかのデバイス形成領域Dで基準電位の急峻な変動があっても、周りのデバイス形成領域Dへの影響を抑制することができる。
The field regions F2, F4, F6 immediately below the high potential reference circuit portion are fixed to the same reference potential Vxx as the high potential reference circuit portion, and the field regions F1, F3, F3 immediately below the low potential reference circuit portion are fixed. F5 is fixed at the same ground (GND) reference potential as the low potential reference circuit section. As a result, the
また、図1と図2で例示した半導体装置20〜22の多孔質シリコン領域P1〜P3は、周りのフィールド領域F1〜F6より高抵抗であるため、リーク電流も抑制することが可能である。例えば、1000Vの電位差のあるフィールド領域間でリーク電流を100μA以下とするためには、多孔質シリコン領域の抵抗値は、10kΩ以上であればよい。ここで、チップサイズが4mm角、第2半導体層(支持基板)2の厚さが400μm、幅400μmの多孔質シリコン領域で2つのフィールド領域に分離する場合を考えると、必要な比抵抗ρは、4kΩ・cm以上であればよい。これは、後に示す陽極化成処理による多孔質シリコン領域の形成で、容易に達成できる値である。
In addition, since the porous silicon regions P1 to P3 of the
尚、上記半導体装置20〜22の多孔質シリコン領域P1〜P3は、酸化処理されてなる構造であってもよい。この場合には、多孔質シリコン領域P1〜P3を、高抵抗領域ではなく、絶縁領域とすることができる。この場合にも、各フィールド領域F1〜F6を電位固定して周りのデバイス形成領域Dへの電位干渉を抑制できることは、言うまでもない。
The porous silicon regions P1 to P3 of the
また、図1と図2で例示した半導体装置20〜22においては、多孔質シリコン領域P1〜P3で裏面側の第2半導体層2を、主面側の高電位基準回路部と低電位基準回路部に対応する2つのフィールド領域F1,F3,F5とフィールド領域F2,F4,F6に分離していた。しかしながらこれに限らず、埋め込み絶縁膜3に達する多孔質シリコン領域で、第2半導体層2を任意の複数のフィールド領域に分離するようにしてもよい。この場合にも、各フィールド領域をその直上にあるデバイス形成領域に対応した好ましい基準電位に適宜電位固定することで、周りのデバイス形成領域への影響(電位干渉)を抑制することができる。これによって、当該半導体装置は、誤動作が生じ難い半導体装置とすることが可能である。
Further, in the
図1の半導体装置20は、各フィールド領域F1,F2が、埋め込み多結晶シリコン4pを介して、半導体基板11の主面側から電位固定された構造となっていた。このように、絶縁分離トレンチ4を側壁酸化膜4sと埋め込み多結晶シリコン4pからなる構成とし、埋め込み絶縁膜3を貫通して、埋め込み多結晶シリコン4pを各フィールド領域に接続させることで、主面側のデバイス形成領域だけでなく、裏面側の各フィールド領域も主面側から電位固定することができる。これによって、配線の取り回しが容易になり、製造コストを低減して安価な半導体装置とすることができる。しかしながらこれに限らず、後述するように、半導体基板11の裏面側に専用の電極を形成して各フィールド領域F1,F2を電位固定するようにしてもよい。
The
次に、図1に示した半導体装置20の好ましい製造方法で、多孔質シリコン領域P1を形成するにあたって陽極化成を利用する方法について説明する。
Next, a description will be given of a method using anodization in forming the porous silicon region P1 as a preferred method for manufacturing the
図3は、陽極化成を利用した、製造途中にある半導体装置20の模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
図1の半導体装置20を製造するにあたっては、通常の半導体製造工程を用いて、半導体基板11の主面側の第1半導体層1に所望するデバイスの各構造を最初に形成しておく。
In manufacturing the
尚、この製造工程の途中で、側壁酸化膜4sと高不純物濃度の埋め込み多結晶シリコン4pからなり、埋め込み多結晶シリコン4pが埋め込み絶縁膜3を貫通して第2半導体層2に接続されてなる絶縁分離トレンチ4を、予め形成する。具体的には、埋め込み絶縁膜3を貫通するトレンチを先に形成し、側壁酸化膜4sを形成(酸化膜をトレンチ内に形成し、トレンチ底部の酸化膜を除去)した後、トレンチ内に多結晶シリコン4pを埋め込み、さらに、この多結晶シリコン4pに、例えばイオン注入等によりp型不純物を添加する。注入されたp型不純物は、後のデバイス形成工程における熱処理で埋め込み絶縁膜3との界面より深く第2半導体層2中に拡散し、埋め込み多結晶シリコン4pは、p型の多結晶電極として利用できる状態となる。この埋め込み多結晶シリコン4pは、他のデバイスと同じ接続用の金属配線によって、所定部分に接続する。
In the course of this manufacturing process, the
次に、図3に示すように、多孔質シリコン領域P1の形成予定領域にある所定の第2半導体層2に接続された埋め込み多結晶シリコン4pを陽極化成処理の正電極E1,E2として利用し、第2半導体層2の裏面側を電解液に接触させて、電解液中の負の白金電極Gとの間に所定の電圧を印加する。これによって、選択した埋め込み多結晶シリコン4pからなる正電極E1,E2と負の白金電極Gとの間に電流が流れ、電流経路周りのシリコンが部分的に溶け出して陽極化成され、最終的に埋め込み絶縁膜3に達する多孔質シリコン領域P1を形成することができる。尚、多孔質シリコン領域P1の形成後に、該多孔質シリコン領域P1を酸化処理するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 3, the buried
以上で、図1に示した半導体装置20を製造することができる。
Thus, the
このように、上記方法によれば、通常のデバイス形成工程に陽極化成処理工程を追加するだけで多孔質シリコン領域P1を簡単に形成することができ、誤動作が生じ難い図1の半導体装置20を安価に製造することができる。また、図3に示した製造方法によれば、陽極化成処理のための正電極として、半導体基板11への裏面電極の形成を省略することができるため、これによっても製造コストを抑制することができる。
As described above, according to the above method, the porous silicon region P1 can be easily formed only by adding the anodizing process to the normal device forming process, and the
図4は、図1に示した半導体装置20の変形例で、半導体装置23の模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a
図4に示す半導体装置23においても、図1に示した半導体装置20と同様に、SOI構造半導体基板12の裏面側の第2半導体層2に多孔質シリコン領域P4が形成され、第2半導体層2が2つのフィールド領域F7,F8に分離されている。一方、図4の半導体装置23における多孔質シリコン領域P4は、図1に示した半導体装置20における多孔質シリコン領域P1と異なり、多孔質シリコン領域P4が、第2半導体層2の裏面側表層部の全面に延設された構造となっている。これによって、半導体基板12の裏面側の全面を、表層部に延設された多孔質シリコン領域P4eで保護することができる。このため、例えば、各フィールド領域F7,F8を異なる基準電位に電位固定する場合であっても、リードフレーム等への搭載が容易になる。
Also in the
尚、半導体基板の裏面側を保護し、リードフレーム等への搭載を容易にする目的で、上記した半導体装置の裏面側の全面に、酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成するようにしてもよい。また、上記多孔質シリコン領域の吸湿が問題となる場合には、湿気を通さない窒化シリコン膜を裏面側の全面に形成することで、該半導体装置の吸湿による特性変化を防止することができる。 For the purpose of protecting the back side of the semiconductor substrate and facilitating mounting on the lead frame or the like, an insulating film such as a silicon oxide film may be formed on the entire back side of the semiconductor device. . In addition, when moisture absorption of the porous silicon region becomes a problem, a change in characteristics due to moisture absorption of the semiconductor device can be prevented by forming a silicon nitride film that does not allow moisture to pass through the entire back surface.
図5(a),(b)は、図4に示した半導体装置23の製造方法を説明する図で、それぞれ、製造途中にある半導体装置23の模式的な断面図である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining a method of manufacturing the
図5(a),(b)に示すように、図4の半導体装置23を製造するにあたっては、陽極化成処理を、2段階の工程で行う。図5(a)に示す工程では、第1半導体層1に形成されている絶縁分離トレンチ4の全ての埋め込み多結晶シリコン4pを陽極化成処理の正電極E1〜E6として利用して、第2半導体層2の裏面側表層部の全面に亘って多孔質シリコン領域P4eを形成する。図5(b)に示す工程では、多孔質シリコン領域P4の形成予定領域にある所定の埋め込み多結晶シリコン4pを陽極化成処理の正電極E1,E2として利用して、第2半導体層2を2つのフィールド領域F7,F8に分離する多孔質シリコン領域P4を形成する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, when the
これによって、図4の半導体装置23を製造することができる。尚、図5(a)と図5(b)の工程は、順序を逆にしてもよい。
Thereby, the
図6は、別の半導体装置の例で、半導体装置24の模式的な断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the
前述した半導体装置20〜23は、いずれも、第2半導体層2に接続する絶縁分離トレンチ4の多結晶シリコン4pを、第2半導体層2の各フィールド領域F1〜F8を電位固定するための電極に利用していた。これに対して、図6に示す半導体装置24においては、半導体基板13における第2半導体層2の裏面側に専用の電極5を形成し、多孔質シリコン領域P5で分離された第2半導体層2の各フィールド領域F9,F10を裏面側の電極5で電位固定するようにしている。該電位固定は、図6に示すように、半導体装置24をリードフレームLFに搭載し、対応する電極5とリードフレームLFを電気接続することにより行う。このように、第2半導体層2の裏面側に専用の電極を形成し、多孔質シリコン領域で分離された各フィールド領域を電位固定するようにしてもよい。
In each of the
図7は、図6に示した半導体装置24の製造方法を説明する図で、製造途中にある半導体装置24の模式的な断面図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing the
図7に示すように、多孔質シリコン領域P5の形成予定領域に開口部H1を有するレジストマスクM1を半導体基板13の裏面側に形成し、先に形成してある電極5を陽極化成処理の正電極として利用して、多孔質シリコン領域P5を形成する。
As shown in FIG. 7, a resist mask M1 having an opening H1 in the region where the porous silicon region P5 is to be formed is formed on the back surface side of the
これによって、図6に示した半導体装置24を製造することができる。
Thus, the
尚、前述した主面側の埋め込み多結晶シリコンを陽極化成処理の正電極として利用する製造方法の場合にも、多孔質シリコン領域の形成予定領域に開口部を有するレジストマスクを半導体基板の裏面側に適宜形成し、多孔質シリコン領域を選択的に形成するようにしてもよい。 Even in the case of the manufacturing method using the buried polycrystalline silicon on the main surface side as the positive electrode for anodizing treatment, a resist mask having an opening in the region where the porous silicon region is to be formed is provided on the back side of the semiconductor substrate. Alternatively, the porous silicon region may be selectively formed.
以上のようにして、上記半導体装置は、いずれも、埋め込み絶縁膜3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部と高電位基準回路部が設けられてなる小型の半導体装置であって、高電位基準回路部内で基準電位の急峻な変動がある場合であっても、周りのデバイス形成領域への影響(電位干渉)を抑制することができ、誤動作が生じ難い半導体装置とすることができる。
As described above, in each of the semiconductor devices, the low potential reference circuit portion and the high potential reference circuit portion are provided in the first semiconductor layer on the main surface side of the SOI structure semiconductor substrate having the buried insulating
従って、上記半導体装置は、低電位基準回路部と高電位基準回路部が必要で、小型化のためにこれらの回路部を一つの半導体基板に形成する、インバータ駆動用の高電圧ICに好適である。また、特に、数百V〜千数百Vの高電圧の取り扱いが必要にある、車載用の半導体装置として好適である。 Therefore, the above semiconductor device requires a low potential reference circuit portion and a high potential reference circuit portion, and is suitable for a high voltage IC for driving an inverter in which these circuit portions are formed on one semiconductor substrate for miniaturization. is there. In particular, it is suitable as an in-vehicle semiconductor device that needs to handle a high voltage of several hundred volts to several hundreds of volts.
20〜24,90 半導体装置(高電圧IC)
10〜13 (SOI構造)半導体基板
1 第1半導体層(SOI層)
2 第2半導体層(支持基板)
3 埋め込み絶縁膜
4 絶縁分離トレンチ
4s 側壁酸化膜
4p 埋め込み多結晶シリコン
D デバイス形成領域
P1〜P5 多孔質シリコン領域
F1〜F10 フィールド領域
20-24,90 Semiconductor device (high voltage IC)
10 to 13 (SOI structure)
2 Second semiconductor layer (support substrate)
3 buried insulating
Claims (11)
前記主面側の第1半導体層に、低電位基準回路部と高電位基準回路部が設けられ、
前記低電位基準回路部と前記高電位基準回路部における各デバイス形成領域が、前記埋め込み絶縁膜に達する絶縁分離トレンチによって互いに絶縁分離されてなる半導体装置であって、
前記裏面側の第2半導体層に、前記埋め込み絶縁膜に達するようにして、該第2半導体層より多孔質の多孔質シリコン領域が形成され、
該多孔質シリコン領域により仕切られて、前記第2半導体層が、複数のフィールド領域に分離され、
前記フィールド領域が、電位固定されてなることを特徴とする半導体装置。 In an SOI structure semiconductor substrate composed of a first semiconductor layer made of silicon on the main surface side and a second semiconductor layer made of silicon on the back surface side with a buried insulating film interposed therebetween,
A low potential reference circuit portion and a high potential reference circuit portion are provided in the first semiconductor layer on the main surface side,
Each of the device formation regions in the low potential reference circuit portion and the high potential reference circuit portion is a semiconductor device that is insulated and isolated from each other by an insulation isolation trench that reaches the buried insulating film,
A porous silicon region that is more porous than the second semiconductor layer is formed in the second semiconductor layer on the back side so as to reach the buried insulating film,
Partitioned by the porous silicon region, the second semiconductor layer is separated into a plurality of field regions;
A semiconductor device characterized in that the field region is fixed in potential.
前記低電位基準回路部の直下の前記フィールド領域が、前記低電位基準回路部と同じ接地(GND)基準電位に電位固定されてなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The field region immediately below the high potential reference circuit unit is fixed at the same reference potential as the high potential reference circuit unit,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the field region immediately below the low potential reference circuit unit is fixed to the same ground (GND) reference potential as that of the low potential reference circuit unit.
前記埋め込み多結晶シリコンが、前記埋め込み絶縁膜を貫通して、前記フィールド領域に接続されてなり、
前記フィールド領域が、前記埋め込み多結晶シリコンを介して、前記半導体基板の主面側から電位固定されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The insulating isolation trench is an insulating isolation trench made of a sidewall oxide film and buried polycrystalline silicon;
The buried polycrystalline silicon is connected to the field region through the buried insulating film;
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the potential of the field region is fixed from the main surface side of the semiconductor substrate through the buried polycrystalline silicon.
前記主面側の第1半導体層に、低電位基準回路部と高電位基準回路部が設けられ、
前記低電位基準回路部と前記高電位基準回路部における各デバイス形成領域が、前記埋め込み絶縁膜に達する絶縁分離トレンチによって互いに絶縁分離されてなり、
前記裏面側の第2半導体層に、前記埋め込み絶縁膜に達するようにして、該第2半導体層より多孔質の多孔質シリコン領域が形成され、
該多孔質シリコン領域により仕切られて、前記第2半導体層が、複数のフィールド領域に分離され、
前記フィールド領域が、電位固定されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記多孔質シリコン領域を、陽極化成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。 In an SOI structure semiconductor substrate composed of a first semiconductor layer made of silicon on the main surface side and a second semiconductor layer made of silicon on the back surface side with a buried insulating film interposed therebetween,
A low potential reference circuit portion and a high potential reference circuit portion are provided in the first semiconductor layer on the main surface side,
Each device formation region in the low potential reference circuit portion and the high potential reference circuit portion is insulated from each other by an insulation isolation trench reaching the buried insulating film,
A porous silicon region that is more porous than the second semiconductor layer is formed in the second semiconductor layer on the back side so as to reach the buried insulating film,
Partitioned by the porous silicon region, the second semiconductor layer is separated into a plurality of field regions;
The field region is a method of manufacturing a semiconductor device in which a potential is fixed,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the porous silicon region is formed by anodization.
前記埋め込み多結晶シリコンが、前記埋め込み絶縁膜を貫通して、前記第2半導体層に接続されるようにして、前記絶縁分離トレンチを予め形成し、
前記第2半導体層に接続された所定の前記埋め込み多結晶シリコンを正電極として利用して、前記多孔質シリコン領域を、陽極化成により形成することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The insulating isolation trench is an insulating isolation trench made of a sidewall oxide film and buried polycrystalline silicon;
The insulating isolation trench is formed in advance so that the buried polycrystalline silicon is connected to the second semiconductor layer through the buried insulating film,
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the porous silicon region is formed by anodization using the predetermined buried polycrystalline silicon connected to the second semiconductor layer as a positive electrode. Production method.
前記多孔質シリコン領域を、前記第2半導体層の裏面側表層部の全面に延設することを特徴とする請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。 The anodization is performed in a two-stage process,
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the porous silicon region extends over the entire surface of the back surface side surface portion of the second semiconductor layer. 11.
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