JP2839088B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2839088B2
JP2839088B2 JP33790596A JP33790596A JP2839088B2 JP 2839088 B2 JP2839088 B2 JP 2839088B2 JP 33790596 A JP33790596 A JP 33790596A JP 33790596 A JP33790596 A JP 33790596A JP 2839088 B2 JP2839088 B2 JP 2839088B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に
し、特に絶縁分離構造を有する半導体装置に関する。
The present invention relates is related to <br/> in semiconductor equipment, and more particularly to a semiconductor device having an insulating isolation structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板の表面から裏面に電流経路を
有する高耐圧の大電流パワー素子と制御回路素子とをモ
ノリシックに集積する従来技術の中で、パワー素子形成
領域をエピタキシャル成長により形成する技術として、
例えば、IEEE 1987CICC(CUSTOM INTEGRA
TED CIRCUITS CONFERENCE ),第443頁〜第446頁
に提案されるように、貼り合わせ基板を用いるものがあ
る。
2. Description of the Related Art Among conventional techniques for monolithically integrating a high-voltage large-current power element having a current path from the front surface to the back surface of a semiconductor substrate and a control circuit element, a technique for forming a power element formation region by epitaxial growth is known. ,
For example, IEEE 1987 CICC (CUSTOM INTEGRA
As proposed in TED CIRCUITS CONFERENCE, pp. 443-446, there is a type using a bonded substrate.

【0003】以下、そのような従来の絶縁分離構造を、
図15乃至図20に示す工程順断面図に基づいて説明す
る。まず、図15に示すように、高濃度不純物層(N+
型)を有する第一の単結晶シリコン基板(N型)100
の片面及びこの第一の単結晶シリコン基板100よりも
不純物濃度の高い第二の単結晶シリコン基板(N+ 型)
101の片面にそれぞれ酸化膜を形成する。次に、図1
6に示すように、その酸化膜を形成した面どうしを貼り
合わせ技術により直接接合させる。
[0003] Hereinafter, such a conventional insulating and separating structure will be described.
The description will be made based on the cross-sectional views in the order of steps shown in FIGS. First, as shown in FIG. 15, a high-concentration impurity layer (N +
Monocrystalline silicon substrate (N-type) 100 having
And a second single-crystal silicon substrate (N + type) having an impurity concentration higher than that of the first single-crystal silicon substrate 100
An oxide film is formed on one surface of the substrate 101, respectively. Next, FIG.
As shown in FIG. 6, the surfaces on which the oxide films are formed are directly joined by a bonding technique.

【0004】続いて、図17に示すように、表面より貼
り合わせ面を越えて第二の単結晶シリコン基板101に
達するまで、第一の単結晶シリコン基板100にエッチ
ングを施す。次に、図18に示すように、パワー素子形
成に最適な濃度の単結晶シリコンエピタキシャル層(N
型) 102をエッチングを施した面に成長させる。その
後、図19に示すように、ラッピングと表面研磨を行い
基板を平坦化し、次に図20に示すように、貼り合わせ
面に界在する酸化膜に達するトレンチ溝を異方性のリア
クティブ・イオン・エッチング(RIE)法により形成
し、このトレンチ溝の内壁を熱酸化して熱酸化膜103
を形成後、トレンチ溝内部を多結晶シリコン104にて
充填することで誘電体分離を行っている。
Subsequently, as shown in FIG. 17, the first single-crystal silicon substrate 100 is etched until it reaches the second single-crystal silicon substrate 101 from the surface beyond the bonding surface. Next, as shown in FIG. 18, a single crystal silicon epitaxial layer (N
(Mold) 102 is grown on the etched surface. Thereafter, as shown in FIG. 19, lapping and surface polishing are performed to flatten the substrate, and then, as shown in FIG. 20, a trench groove reaching the oxide film bordering the bonding surface is formed by anisotropic reactive etching. The inner wall of the trench is thermally oxidized by ion etching (RIE) to form a thermal oxide film 103.
After the formation, dielectric isolation is performed by filling the inside of the trench with polycrystalline silicon 104.

【0005】このようにして形成される半導体基板内に
おいて、N+ 型シリコン基板101とエピタキシャル層
102による領域Aと、熱酸化膜103及び多結晶シリ
コン104により囲まれた領域Bとは、熱酸化膜103
及び両基板100,101間の酸化膜によって相互に電
気的に分離された状態となる。この領域A内にはN+
シリコン基板101の裏面を一電極とする,例えばパワ
ーMOSトランジスタ等のパワー素子が形成され、領域
B内にはそのパワー素子の動作を制御するための回路素
子,例えばバイポーラトランジスタあるいはCMOS素
子が形成され、全体として所謂インテリジェントパワー
デバイスを構成することができる。
In the semiconductor substrate thus formed, a region A formed by the N + type silicon substrate 101 and the epitaxial layer 102 and a region B surrounded by the thermal oxide film 103 and the polysilicon 104 are thermally oxidized. Membrane 103
Then, the two substrates 100 and 101 are electrically separated from each other by the oxide film. In this area A, a power element such as a power MOS transistor, which has the back surface of the N + type silicon substrate 101 as one electrode, is formed. In a area B, a circuit element for controlling the operation of the power element is provided. For example, a bipolar transistor or a CMOS element is formed, and a so-called intelligent power device can be constituted as a whole.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この従来技術において
は、制御回路素子形成領域Bとパワー素子形成領域Aと
を分離するために、パワー素子形成領域Aをエピタキシ
ャル法で形成した後、トレンチ溝,熱酸化膜103,多
結晶シリコン104の形成(図20に示す工程)を行う
ようにしている。これは製造工程の複雑化を招くと共
に、基板内部に部分的に存在する内部酸化膜に必ずトレ
ンチ溝が出会うように、トレンチ溝形成の際に高精度な
位置合わせを要するという問題がある。
In this prior art, in order to separate a control circuit element formation area B and a power element formation area A, a power element formation area A is formed by an epitaxial method, and then a trench groove, The thermal oxide film 103 and the polycrystalline silicon 104 are formed (step shown in FIG. 20). This not only complicates the manufacturing process, but also requires high-precision alignment when forming the trench groove so that the trench groove always encounters the internal oxide film partially present inside the substrate.

【0007】本発明は、上記問題点に鑑み成されたもの
であって、その主な目的は、基板表面から裏面へ電流経
路を有するパワー素子と制御回路素子とをモノリシック
に集積するための絶縁分離構造を有する半導体基板を容
易に製造することのできる半導体装置を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide an insulating device for monolithically integrating a power device having a current path from the front surface to the back surface of a substrate and a control circuit device. to provide a semiconductor equipment which can easily manufacture a semiconductor substrate having a separation structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、単結晶
シリコン基板と、該単結晶シリコン基板の一主面の第一
の領域上に設けられた第一の絶縁膜と、第一の絶縁膜上
に設けられた第一の単結晶シリコン層と、第一の単結晶
シリコン層の側面を被覆する第二の絶縁膜と、第二の絶
縁膜と側面を接して設けられた第一の多結晶シリコン層
と、第一の多結晶シリコン層と側面を接し且つ単結晶シ
リコン基板の一主面の第二の領域上に設けられ、第一の
単結晶シリコン層とは電気的に絶縁分離された第二の単
結晶シリコン層とを有することを特徴とする半導体装置
にある。
A feature of the present invention is that a single crystal silicon substrate, a first insulating film provided on a first region on one main surface of the single crystal silicon substrate, A first single-crystal silicon layer provided over the insulating film, a second insulating film covering a side surface of the first single-crystal silicon layer, and a first insulating film provided on a side surface of the second insulating film. The first polycrystalline silicon layer is provided on the second region of one main surface of the single crystal silicon substrate in contact with the side surface of the first polycrystalline silicon layer, and is electrically insulated from the first single crystal silicon layer. And a second single-crystal silicon layer separated.

【0009】また、上記構成において、第一の単結晶シ
リコン層内に、内部が多結晶シリコン層で充填され、側
壁に第三の絶縁膜が設けられた複数の分離溝をさらに有
し、これにより第一の単結晶シリコン層内に互いに電気
的に絶縁分離された複数の島状の領域を有することを特
徴とする半導体装置にある。上記構成において、第一の
単結晶シリコン層には回路素子を配置することができ、
一方、単結晶シリコン基板と電気的に接続している第二
の単結晶シリコン層には縦型のパワー素子を形成するこ
とができる。
In the above structure, the first single-crystal silicon layer further includes a plurality of isolation trenches, the inside of which is filled with a polycrystalline silicon layer, and a third insulating film is provided on a side wall. A plurality of island-shaped regions electrically isolated from each other in the first single-crystal silicon layer. In the above structure, a circuit element can be arranged in the first single-crystal silicon layer,
On the other hand, a vertical power element can be formed in the second single crystal silicon layer which is electrically connected to the single crystal silicon substrate.

【0010】なお、上記第一の絶縁膜は、第一の単結晶
シリコン層の下面に接触する酸化膜とその下方に配置さ
れた窒化膜とを有するようにするとよい。絶縁膜として
通常よく利用される酸化膜は引張り応力を発生する。こ
の引張り応力が回路素子形成領域となる第一の単結晶シ
リコン層に作用し、第一の単結晶シリコン層内部に歪み
を与え、結晶欠陥を生じさせる。この問題は第一の単結
晶シリコン層の厚みが薄くなるほど顕著となる。この酸
化膜は引張り応力は、その下方に窒化膜を配置すること
により、該窒化膜の圧縮応力にて緩和できる。なお、窒
化膜は、その第一の単結晶シリコン層との間に酸化膜を
配置することにより、回路素子形成領域である第一の単
結晶シリコン層に直接接触することは防止されている。
従って、窒化膜の圧縮応力に起因して素子形成領域内に
結晶欠陥が発生することは防止され、制御回路素子の電
気的特性の安定化を実現できる。
It is preferable that the first insulating film has an oxide film in contact with the lower surface of the first single crystal silicon layer and a nitride film disposed below the oxide film. An oxide film commonly used as an insulating film generates a tensile stress. This tensile stress acts on the first single-crystal silicon layer which is a circuit element formation region, and gives a strain inside the first single-crystal silicon layer, causing a crystal defect. This problem becomes more remarkable as the thickness of the first single crystal silicon layer decreases. The tensile stress of the oxide film can be reduced by the compressive stress of the nitride film by disposing the nitride film below the oxide film. Note that the nitride film is prevented from directly contacting the first single crystal silicon layer which is a circuit element formation region by disposing an oxide film between the nitride film and the first single crystal silicon layer.
Therefore, the generation of crystal defects in the element formation region due to the compressive stress of the nitride film is prevented, and the electrical characteristics of the control circuit element can be stabilized.

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。図1は、本発明の第1実施形態で
ある半導体装置を示す断面図である。図1において、S
i基板25の表面には、単結晶半導体のN- エピタキシ
ャル層26が形成され、Si基板25の裏面には、ドレ
イン電極44が形成されている。N- エピタキシャル層
26上の所定部には単結晶半導体のN- エピタキシャル
層33が形成され、その所定部以外にはSiO2 膜27
が形成されている。そして、このN- エピタキシャル層
33には、パワーMOSトランジスタ43が形成されて
いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, S
An N - epitaxial layer 26 of a single crystal semiconductor is formed on the surface of i substrate 25, and a drain electrode 44 is formed on the back surface of Si substrate 25. N - at a predetermined portion on the epitaxial layer 26 of single crystal semiconductor N - epitaxial layer 33 is formed, SiO 2 film 27 in addition to the predetermined portion
Are formed. The power MOS transistor 43 is formed in the N epitaxial layer 33.

【0016】また、SiO2 膜27上にはpoly−S
i膜24が形成され、さらにその膜上の所定部分には、
poly−Si層34が形成され、この所定部分以外に
は、Si3 4 膜23が形成されている。このSi3
4 膜23上にはSiO2 膜22が形成され、その膜上に
は、素子形成層であるN+ エピタキシャル層21および
- 型Si基板20が順次積層されている。
Also, poly-S is formed on the SiO 2 film 27.
An i film 24 is formed, and a predetermined portion on the film is
A poly-Si layer 34 is formed, and an Si 3 N 4 film 23 is formed on a portion other than the predetermined portion. This Si 3 N
An SiO 2 film 22 is formed on the four films 23, and an N + epitaxial layer 21 and an N -type Si substrate 20 as element forming layers are sequentially stacked on the SiO 2 film 22.

【0017】ここで、導電性のpoly−Si膜は各S
OI領域(島領域)の側面部および下面部を覆っている
ので、Al電極38を介してこのpoly−Si膜に電
位を与えることにより、poly−Si膜を電気シール
ド層として働かせることができる。したがって上述した
構成により、各SOI領域は酸化膜30,SiO2 膜2
2を挟んで絶縁分離されると共に、poly−Si膜が
電気シールド層として働くので、例えば縦型のパワーM
OSトランジスタ作動により、Si基板25のドレイン
変位が大きく変動しても、その影響を受けることなく、
各SOI領域を電気的に安定化させることができる。
Here, the conductive poly-Si film is made of each S
Since the side and bottom surfaces of the OI region (island region) are covered, by applying a potential to this poly-Si film via the Al electrode 38, the poly-Si film can function as an electric shield layer. Therefore, according to the above-described configuration, each SOI region has the oxide film 30, the SiO 2 film 2
2 and the poly-Si film acts as an electric shield layer, so that, for example, a vertical power M
Even if the drain displacement of the Si substrate 25 greatly fluctuates due to the operation of the OS transistor, it is not affected,
Each SOI region can be electrically stabilized.

【0018】またSi基板20とSi基板25との接合
部近傍には、SiO2 膜22,27とSi3 4 膜23
とが形成されている。このSiO2 膜22,27とSi
3 4 膜23とは、SOI層内部に発生する応力を緩和
する働きを有しており、SiO2 膜22,27はSOI
層に引張り応力を及ぼし、Si3 4 膜23はSOI層
に圧縮応力を及ぼしている。その結果、SOI層となる
領域を、応力が緩和された状態とすることができる。
Bonding of Si substrate 20 and Si substrate 25
In the vicinity of the part, SiOTwoFilms 22, 27 and SiThreeNFourMembrane 23
Are formed. This SiOTwoFilms 22, 27 and Si
ThreeN FourThe film 23 relieves stress generated inside the SOI layer.
Has the function ofTwoThe films 22, 27 are made of SOI
Exerts tensile stress on theThreeNFourThe film 23 is an SOI layer
To compressive stress. As a result, an SOI layer is formed.
The region can be in a state where the stress is relaxed.

【0019】しかも、Si3 4 膜23の下層はpol
y−Si膜24であり、たとえSi 3 4 膜23の圧縮
応力を受けてpoly−Si膜24内に結晶欠陥が生じ
たとしても、poly−Si膜24は単に電気シールド
層として電位固定されるだけであるため、問題は生じな
い。次に、上述した図1に示す半導体装置の製造手順を
図2(a),(b)および図3〜図10を用いて説明す
る。なお、図3〜図10は、製造工程順に示した半導体
装置の断面図である。
In addition, SiThreeNFourThe lower layer of the film 23 is pol
y-Si film 24, even if Si ThreeNFourCompression of membrane 23
Crystal defects occur in the poly-Si film 24 due to the stress
Even so, the poly-Si film 24 is merely an electric shield.
There is no problem because only the potential is fixed as a layer.
No. Next, the manufacturing procedure of the semiconductor device shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS. 2A and 2B and FIGS.
You. 3 to 10 show semiconductors shown in the order of the manufacturing process.
It is sectional drawing of an apparatus.

【0020】(基本形成工程)まず、(100)の面方
位を有し、電気抵抗率が3〜10Ω・cmであるN-
Si基板20上に、エピタキシャル成長によってN+
ピタキシャル層21を所定の膜厚にて形成する。なお、
エピタキシャル成長を利用する以外にも、As,Sb等
の不純物を拡散させてもよい。
(Basic Forming Step) First, an N + epitaxial layer 21 is formed on an N type Si substrate 20 having a (100) plane orientation and an electric resistivity of 3 to 10 Ω · cm by epitaxial growth. It is formed with a film thickness. In addition,
Instead of using epitaxial growth, impurities such as As and Sb may be diffused.

【0021】続いて、900〜1100℃の熱酸化もし
くはCVD法により、0.2〜2μmの膜厚でSiO2
膜22をN+ エピタキシャル層21上に形成し、さらに
LPCVD法により、0.1〜0.3μmの膜厚でSi
3 4 膜23をSiO2 膜22上に堆積する。次に、L
PCVD法によりAs,Phos等の不純物を高濃度に
含んだpoly−Si膜24を1〜10μmの膜厚でS
3 4 膜23上に堆積し、その後、このpoly−S
i膜24の表面をケミカルポリッシングによって、表面
平滑性が30Å以下(望ましくは10Å以下)になるま
で鏡面研磨する。
Subsequently, a SiO 2 film having a thickness of 0.2 to 2 μm is formed by thermal oxidation at 900 to 1100 ° C. or CVD.
A film 22 is formed on the N + epitaxial layer 21, and is further formed by LPCVD to a thickness of 0.1 to 0.3 μm.
The 3 N 4 film 23 is deposited on the SiO 2 film 22. Next, L
A poly-Si film 24 containing impurities such as As and Phos at a high concentration by a PCVD method to a thickness of 1 to 10 [mu] m.
The poly-S is deposited on the i 3 N 4 film 23, and then the poly-S
The surface of the i-film 24 is mirror-polished by chemical polishing until the surface smoothness becomes 30 ° or less (preferably 10 ° or less).

【0022】以上述べた製造手段を経ると、図2(a)
に示す断面図のようになる。なお、この第1実施形態で
は、As,Phos等がドープされたpoly−Si膜
24を用いたが、poly−Si膜が薄い場合には、ド
ープされていないpoly−Si膜を堆積し、その後、
拡散法もしくはイオン注入法等によってpoly−Si
膜24を形成しても良い。
After passing through the manufacturing means described above, FIG.
The sectional view shown in FIG. In the first embodiment, the poly-Si film 24 doped with As, Phos, or the like is used. However, when the poly-Si film is thin, an undoped poly-Si film is deposited, and thereafter, ,
Poly-Si by diffusion or ion implantation, etc.
A film 24 may be formed.

【0023】一方、上述したSi基板20とは別に、以
下に述べるようなSi基板25を形成する。すなわち、
(100)の面方位を有する高濃度N+ 型Si基板25
上に、エピタキシャル成長によってN- エピタキシャル
層26を所定の膜厚にて形成する。続いて900〜11
00℃で熱処理を行い、0.2〜2μmの膜厚でSiO
2 膜27をN- エピタキシャル層26上に形成する。そ
して、以上述べた製造手順を経ると、図2(b)に示す
断面図のようになる。
On the other hand, aside from the above-described Si substrate 20, a Si substrate 25 as described below is formed. That is,
High concentration N + type Si substrate 25 having (100) plane orientation
An N - epitaxial layer 26 is formed with a predetermined thickness by epitaxial growth. Then 900 ~ 11
Heat treatment at 00 ° C. to form a SiO 2 layer having a thickness of 0.2 to 2 μm.
2 film 27 is formed on N epitaxial layer 26. Then, after the above-described manufacturing procedure, a sectional view shown in FIG.

【0024】(貼り合わせ工程)次に、図2(a)に示
すSi基板20のpoly−Si膜24の面、および図
2(b)に示すSi基板25のSiO2 膜27の面に対
して、過酸化水素水(H 2 2 )および硫酸(H2 SO
4 )の混合液で親水性処理を行い、水きり乾燥して貼り
合わせた後、1000〜1100℃のN2 中で1〜2時
間のウェハ接合を行う。
(Lamination Step) Next, FIG.
Surface of poly-Si film 24 of Si substrate 20 and diagram
SiO of the Si substrate 25 shown in FIG.TwoOn the surface of the membrane 27
And a hydrogen peroxide solution (H TwoOTwo) And sulfuric acid (HTwoSO
FourPerform hydrophilic treatment with the mixed solution of
After combining, N at 1000 to 1100 ° CTwo1 to 2 in
Between the wafers.

【0025】続いて、Si基板20を所定の膜厚まで鏡
面研磨する。この時、例えば基板(後述のSOI領域)
上にバイポーラトランジスタを形成しようとする場合に
はSi基板20を3〜10μm程度の膜厚になるまで鏡
面研磨し、MOSトランジスタを形成しようとする場合
にはSi基板20を5μm以下になるまで鏡面研磨す
る。
Subsequently, the Si substrate 20 is mirror-polished to a predetermined thickness. At this time, for example, a substrate (SOI region described later)
If a bipolar transistor is to be formed thereon, the Si substrate 20 is mirror-polished to a thickness of about 3 to 10 μm, and if a MOS transistor is to be formed, the Si substrate 20 is mirror-polished to a thickness of 5 μm or less. Grind.

【0026】以上述べた製造手順を経ると、図3に示す
ような断面図となり、いわゆるSOI層を形成したこと
になる。 (トレンチ部形成工程)次に、Si基板20上に所定パ
ターンのレジストを塗布し、ドライエッチング等により
レジストが塗布されていない領域のSi基板20,N+
エピタキシャル層21,およびSiO2 膜22を除去す
るとトレンチ部28が形成され、図4に示す断面図とな
る。
After the above-described manufacturing procedure, a sectional view as shown in FIG. 3 is obtained, and a so-called SOI layer is formed. (Trench portion forming step) Next, a resist having a predetermined pattern is applied on the Si substrate 20, and the Si substrate 20, N + in a region where the resist is not applied by dry etching or the like.
When the epitaxial layer 21 and the SiO 2 film 22 are removed, a trench portion 28 is formed, and a sectional view shown in FIG. 4 is obtained.

【0027】(パワー素子領域形成工程)次に図5に示
すように、パワーMOSトランジスタを形成しようとす
る領域29以外にレジストを塗布して、エッチング等に
より、パワー素子形成領域29のSi3 4 膜23とp
oly−Si膜24とを除去する。 (熱酸化処理工程)次に、900〜1100℃で熱酸化
を行い、膜厚が0.1〜1μmの酸化膜(SiO2 膜)
30を形成する。すると、図6に示す断面図のようにな
る。
(Power Element Region Forming Step) Next, as shown in FIG. 5, a resist is applied to the region other than the region 29 where the power MOS transistor is to be formed, and the Si 3 N in the power element forming region 29 is etched by etching or the like. 4 membrane 23 and p
The poly-Si film 24 is removed. (Thermal Oxidation Process) Next, thermal oxidation is performed at 900 to 1100 ° C. to form an oxide film (SiO 2 film) having a thickness of 0.1 to 1 μm.
Form 30. Then, a sectional view shown in FIG. 6 is obtained.

【0028】ここで、パワー素子形成領域29に面する
poly−Si膜24の端面は、この熱酸化処理によっ
て酸化膜が形成されることになる。 (窒化シリコン除去工程)次に図7の断面図に示すよう
に、パワーMOSトランジスタの形成領域29にレジス
ト膜31を塗布し、プラズマエッチングまたは熱リン酸
でのエッチングにより、トレンチ部28の下部に存在す
るSi3 4 膜23を除去する。
Here, an oxide film is formed on the end face of the poly-Si film 24 facing the power element formation region 29 by this thermal oxidation treatment. (Silicon Nitride Removal Step) Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 7, a resist film 31 is applied to the formation region 29 of the power MOS transistor, and is etched below the trench 28 by plasma etching or hot phosphoric acid. The existing Si 3 N 4 film 23 is removed.

【0029】(酸化シリコン除去工程)次に図8の断面
図に示すように、レジスト膜31を除去した後、パワー
MOSトランジスタの形成領域29に残ったSiO2
を除去するために他の部分にレジスト膜32を塗布し、
エッチング等により、パワーMOSトランジスタの形成
領域29のSiO2 膜27を除去し、下地のN- エピタ
キシャル層26を露出させる。
(Silicon Oxide Removal Step) Next, as shown in the sectional view of FIG. 8, after removing the resist film 31, another portion for removing the SiO 2 film remaining in the formation region 29 of the power MOS transistor is removed. Is coated with a resist film 32,
The SiO 2 film 27 in the formation region 29 of the power MOS transistor is removed by etching or the like, and the underlying N epitaxial layer 26 is exposed.

【0030】なお、下地のN- エピタキシャル層26は
所望の膜厚になるように除去しても良い。 (埋め込み工程)次に、上述した酸化シリコン除去工程
を経たウェハのレジスト膜32を除去した後、エピタキ
シャル成長装置に入れて、エピタキシャル成長を行わせ
る。
The underlying N - epitaxial layer 26 may be removed to a desired thickness. (Embedding Step) Next, after removing the resist film 32 of the wafer through the above-described silicon oxide removing step, the wafer is put into an epitaxial growth apparatus to perform epitaxial growth.

【0031】すると、パワーMOSトランジスタの形成
領域29は下地が単結晶であるので、エピタキシャル成
長が行われると、N- エピタキシャル層26の表面に
は、単結晶SiのN- エピタキシャル層33が形成され
る。一方、パワー素子形成領域29以外の部分では、p
oly−Si膜24をベースとして成長するので、Si
2 膜27および酸化膜30を覆うようにして、pol
y−Si層34が形成され、トレンチ部28の内部が埋
め込まれる。
Since the underlying region of the power MOS transistor formation region 29 is a single crystal, when epitaxial growth is performed, an N epitaxial layer 33 of single crystal Si is formed on the surface of the N epitaxial layer 26. . On the other hand, in portions other than the power element formation region 29, p
Since the growth is performed based on the poly-Si film 24,
In order to cover the O 2 film 27 and the oxide film 30, pol
The y-Si layer 34 is formed, and the inside of the trench portion 28 is buried.

【0032】以上述べた製造手順を経ると、図9に示す
断面図のようになる。なお、この第1実施形態では、ト
レンチ部28に埋め込まれたpoly−Si層34の抵
抗値は、比較的高い抵抗値となるので、以下に述べる平
坦化工程後、拡散またはイオン注入により不純物を導入
して低抵抗とするようにするとよい。 (平坦化工程)次に図10に示すように、酸化膜30上
に堆積されたpoly−Si層34および単結晶Siの
- エピタキシャル層33を選択ポリッシングにより平
坦化する。これにより、poly−Si層34はトレン
チ部28内にのみ残ることになる。
After the above-described manufacturing procedure, a sectional view shown in FIG. 9 is obtained. In the first embodiment, since the resistance of the poly-Si layer 34 buried in the trench portion 28 is relatively high, the impurity is diffused or ion-implanted after the following planarization step. It is recommended to introduce a low resistance. (Planarization Step) Next, as shown in FIG. 10, the poly-Si layer 34 and the single-crystal Si N - epitaxial layer 33 deposited on the oxide film 30 are planarized by selective polishing. Thus, the poly-Si layer 34 remains only in the trench portion 28.

【0033】(素子形成工程)次に、図10に示す形成
領域35に対して、公知の半導体加工技術を用いること
により、P型拡散層37、N+ 型拡散層36、およびA
l電極38を配設して、バイポーラトランジスタ39を
形成する。また、図10に示すパワー素子形成領域29
に対して、公知の半導体加工技術を用いることにより、
ゲート電極42、P型拡散層41、N+ 型拡散層40お
よびAl電極38を配設し、さらにドレイン電極44を
Si基板25の裏面に形成して、パワーMOSトランジ
スタ43を形成する。
(Element Forming Step) Next, a P-type diffusion layer 37, an N + -type diffusion layer 36 and an A + type diffusion layer 36 are formed in the formation region 35 shown in FIG.
The bipolar transistor 39 is formed by disposing the 1 electrode 38. The power element formation region 29 shown in FIG.
By using known semiconductor processing technology,
A power MOS transistor 43 is formed by disposing a gate electrode 42, a P-type diffusion layer 41, an N + -type diffusion layer 40, and an Al electrode 38, and further forming a drain electrode 44 on the back surface of the Si substrate 25.

【0034】なお、上述したバイポーラトランジスタ以
外にも、CMOSトランジスタ等の半導体素子を形成し
ても良く、さらに、それらを組み合わせても良い。以上
述べた各製造工程を経ることにより、図1に示す断面図
のような第1実施形態における半導体装置が製造され
る。次に、SOI層内部に発生する応力の緩和を、一層
良くすることが可能な製造方法について説明する。
Note that, other than the above-described bipolar transistor, a semiconductor element such as a CMOS transistor may be formed, or a combination thereof. Through the above-described manufacturing steps, the semiconductor device according to the first embodiment as shown in the cross-sectional view of FIG. 1 is manufactured. Next, a description will be given of a manufacturing method capable of further reducing the stress generated inside the SOI layer.

【0035】図11〜図13は、製造工程順に示した半
導体装置の断面図であって、SOI層部(領域35)を
図示している。なお、この製造方法は、上述の熱酸化処
理工程後に行われるものである。 (窒化シリコン堆積工程)ここでは、熱酸化処理工程が
終了した図6に示す断面図のような半導体装置に対し
て、LPCVD法にてSi3 4 層45を堆積する。す
ると、図11に示す断面図のようになる。
FIGS. 11 to 13 are cross-sectional views of the semiconductor device shown in the order of the manufacturing steps, showing the SOI layer portion (region 35). This manufacturing method is performed after the above-described thermal oxidation treatment step. (Silicon Nitride Deposition Step) Here, a Si 3 N 4 layer 45 is deposited by LPCVD on a semiconductor device as shown in the sectional view of FIG. Then, a sectional view shown in FIG. 11 is obtained.

【0036】(エッチング工程)次に、異方性のRIE
(リアクティブ イオン エッチング;Reactiv
e Ion Etching)にて、上記工程により酸
化膜30上に堆積したSi3 4 層45と、トレンチ部
28の下部に存在するSi3 4 膜23とを除去する。
すると、トレンチ部28の側面に堆積しているSi3
4 層は除去されず、図12に示す断面図のようになる。
なお、このエッチング工程が上述の窒化シリコン除去工
程に相当している。
(Etching Step) Next, anisotropic RIE
(Reactive ion etching; Reactive
e Ion Etching), the Si 3 N 4 layer 45 deposited on the oxide film 30 by the above process and the Si 3 N 4 film 23 present under the trench portion 28 are removed.
Then, the Si 3 N deposited on the side surface of the trench portion 28
The four layers are not removed, resulting in the cross section shown in FIG.
Note that this etching step corresponds to the above-described silicon nitride removing step.

【0037】その後、上述の図8〜図9の工程を経て、
poly−Si層34を堆積する。すると、図13に示
す断面図のようになる。そして、この後、平坦化工程お
よび素子形成工程を経ると、図14に示す断面図のよう
になる。なお、素子形成工程ではバイポーラトランジス
タ46とMOSトランジスタ47とを形成している。よ
って、上述した製造工程を経ることにより、トレンチ部
の側面に形成された酸化膜(SiO2 膜)に対しても応
力緩和がなされるため、一層、応力の緩和を考慮した半
導体装置を形成することができる。
Thereafter, through the above-described steps shown in FIGS.
A poly-Si layer 34 is deposited. Then, a sectional view shown in FIG. 13 is obtained. After that, after the planarization step and the element formation step, the sectional view shown in FIG. 14 is obtained. In the element forming step, the bipolar transistor 46 and the MOS transistor 47 are formed. Therefore, through the above-described manufacturing process, stress is also alleviated to the oxide film (SiO 2 film) formed on the side surface of the trench portion, so that the semiconductor device is further formed in consideration of the stress alleviation. be able to.

【0038】但し、上述した製造方法を用いなくても、
上記第1実施形態の製造工程を経ることにより、応力の
緩和が充分になられることは明白である。なぜなら、半
導体装置は、一般に薄膜化および集積化の傾向にあるた
め、素子形成領域の膜厚は薄くなっている。したがって
SiO2 膜が形成されている部分のうち、poly−S
i層の周りに形成されたSiO2 膜の面積よりもSi3
4 膜上に形成されたSiO2 膜の面積の方がかなり大
きいので、上記第1実施形態に示すように、SiO2
が最も多く形成されている素子形成領域の下方にSi3
4 膜を形成すれば、応力の緩和は充分になされるわけ
である。
However, without using the above-described manufacturing method,
Through the manufacturing process of the first embodiment, the stress
It is clear that the mitigation is sufficient. Because half
Conductive devices generally tend to be thinner and more integrated.
Therefore, the film thickness of the element formation region is small. Therefore
SiOTwoOf the portions where the film is formed, poly-S
SiO formed around i-layerTwoSi than film areaThree
N FourSiO formed on the filmTwoThe area of the membrane is much larger
Therefore, as shown in the first embodiment, SiO 2Twofilm
Below the element formation region whereThree
NFourIf a film is formed, stress can be sufficiently relaxed.
It is.

【0039】以上詳述したように、本発明の実施の形態
においては、パワー素子形成領域と制御回路素子形成領
域との素子分離を、パワー素子形成領域としての単結晶
シリコンエピタキシャル層を形成する前に形成する溝を
素子間分離領域の一構成として利用することを特徴とし
ている。すなわち、該溝の側壁にエピタキシャル層を形
成する前に絶縁膜を形成しておき、該絶縁膜と貼り合わ
せ面に界在する絶縁膜とによってパワー素子形成領域と
制御回路素子形成領域との素子分離を行っているため、
製造が容易である効果を有する。また、制御回路素子形
成領域内に、個々の素子を形成するための島状の領域を
形成する際も、同じ工程数で製造が可能であるという効
果が生じるとともに、該個々の素子を形成するための島
状の領域を相互に絶縁分離する溝(トレンチ部28)を
多結晶シリコンにて埋め込むのも、パワー素子形成領域
としての単結晶シリコンエピタキシャル層を形成する際
のエピタキシャル法にて、該単結晶シリコンエピタキシ
ャル層を形成するのと同時に行うことができるという効
果がある。
As described above in detail, in the embodiment of the present invention, the element isolation between the power element formation region and the control circuit element formation region is performed before forming the single crystal silicon epitaxial layer as the power element formation region. The feature is that the groove formed in the above is used as one configuration of the element isolation region. That is, before forming an epitaxial layer on the side wall of the groove, an insulating film is formed, and the element between the power element forming region and the control circuit element forming region is formed by the insulating film and the insulating film bordering the bonding surface. Due to the separation,
It has the effect of being easy to manufacture. Also, when an island-shaped region for forming an individual element is formed in the control circuit element formation region, the effect that manufacturing can be performed in the same number of steps occurs, and the individual element is formed. The trench (trench 28) for insulating and isolating the island-shaped regions from each other is also filled with polycrystalline silicon by the epitaxial method for forming a single-crystal silicon epitaxial layer as a power element formation region. This has the effect that it can be performed simultaneously with the formation of the single crystal silicon epitaxial layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態である半導体装置を示す
断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図(a) および図(b) は第1実施形態の基板形成
工程における半導体装置の断面図。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of a semiconductor device in a substrate forming step according to the first embodiment.

【図3】第1実施形態の貼り合わせ工程における半導体
装置の断面図。
FIG. 3 is a sectional view of the semiconductor device in a bonding step according to the first embodiment;

【図4】第1実施形態のトレンチ部形成工程における半
導体装置の断面図。
FIG. 4 is a sectional view of the semiconductor device in a trench portion forming step of the first embodiment;

【図5】第1実施形態のパワー素子領域形成工程におけ
る半導体装置の断面図。
FIG. 5 is a sectional view of the semiconductor device in a power element region forming step according to the first embodiment;

【図6】第1実施形態の熱酸化処理工程における半導体
装置の断面図。
FIG. 6 is a sectional view of the semiconductor device in a thermal oxidation process according to the first embodiment;

【図7】第1実施形態の窒化シリコン除去工程における
半導体装置の断面図。
FIG. 7 is a sectional view of the semiconductor device in a silicon nitride removing step of the first embodiment;

【図8】第1実施形態の酸化シリコン除去工程における
半導体装置の断面図。
FIG. 8 is a sectional view of the semiconductor device in a silicon oxide removing step of the first embodiment.

【図9】第1実施形態の埋め込み工程における半導体装
置の断面図。
FIG. 9 is a sectional view of the semiconductor device in an embedding step according to the first embodiment;

【図10】第1実施形態の平坦化工程における半導体装
置の断面図。
FIG. 10 is a sectional view of the semiconductor device in a planarization step according to the first embodiment;

【図11】他の製造工程における半導体装置の要部断面
図。
FIG. 11 is an essential part cross sectional view of a semiconductor device in another manufacturing step;

【図12】他の製造工程における半導体装置の要部断面
図。
FIG. 12 is an essential part cross sectional view of a semiconductor device in another manufacturing step;

【図13】他の製造工程における半導体装置の要部断面
図。
FIG. 13 is an essential part cross sectional view of a semiconductor device in another manufacturing step;

【図14】他の製造工程における半導体装置の要部断面
図。
FIG. 14 is an essential part cross sectional view of a semiconductor device in another manufacturing step;

【図15】従来の製造工程における半導体装置の要部断
面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device in a conventional manufacturing process.

【図16】従来の製造工程における半導体装置の要部断
面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device in a conventional manufacturing process.

【図17】従来の製造工程における半導体装置の要部断
面図。
FIG. 17 is an essential part cross sectional view of a semiconductor device in a conventional manufacturing process.

【図18】従来の製造工程における半導体装置の要部断
面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device in a conventional manufacturing process.

【図19】従来の製造工程における半導体装置の要部断
面図。
FIG. 19 is an essential part cross sectional view of a semiconductor device in a conventional manufacturing process.

【図20】従来の製造工程における半導体装置の要部断
面図。
FIG. 20 is an essential part cross sectional view of a semiconductor device in a conventional manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 N- 型Si基板 25 N+ 型Si基板 27 SiO2 膜 28 トレンチ部 29 パワー素子形成領域 30 酸化膜 33 N- エピタキシャル層 34 poly−Si層 39 バイポーラトランジスタ 43 パワーMOSトランジスタ 44 ドレイン電極Reference Signs List 20 N - type Si substrate 25 N + -type Si substrate 27 SiO 2 film 28 Trench portion 29 Power element formation region 30 Oxide film 33 N - epitaxial layer 34 Poly-Si layer 39 Bipolar transistor 43 Power MOS transistor 44 Drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 H01L 29/78 658K ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/78 H01L 29/78 658K

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 単結晶シリコン基板と、 前記単結晶シリコン基板の一主面の第一の領域上に設け
られた第一の絶縁膜と、 前記第一の絶縁膜上に設けられた第一の単結晶シリコン
層と、 前記第一の単結晶シリコン層の側面を被覆する第二の絶
縁膜と、 前記第二の絶縁膜と側面を接して設けられた第一の多結
晶シリコン層と、 前記第一の多結晶シリコン層と側面を接し且つ前記単結
晶シリコン基板の一主面の第二の領域上に設けられ、前
記第一の単結晶シリコン層とは電気的に絶縁分離された
第二の単結晶シリコン層とを有することを特徴とする半
導体装置。
1. A single-crystal silicon substrate, a first insulating film provided on a first region of one main surface of the single-crystal silicon substrate, and a first insulating film provided on the first insulating film A single-crystal silicon layer, a second insulating film covering a side surface of the first single-crystal silicon layer, a first polycrystalline silicon layer provided in contact with the side surface of the second insulating film, A first side surface in contact with the first polycrystalline silicon layer and provided on a second region of one main surface of the single crystal silicon substrate and electrically insulated and separated from the first single crystal silicon layer; A semiconductor device comprising: two single-crystal silicon layers.
【請求項2】 前記第一の単結晶シリコン層内に、内部
が多結晶シリコン層で充填され、側壁に第三の絶縁膜が
設けられた複数の分離溝を有し、これにより前記第一の
単結晶シリコン層内に互いに電気的に絶縁分離された複
数の島状の領域を有す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 first single-crystal silicon layer has a plurality of isolation trenches, the inside of which is filled with a polycrystalline silicon layer and a third insulating film is provided on a side wall. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a plurality of island-shaped regions electrically isolated from each other in the single-crystal silicon layer.
【請求項3】 前記第一の単結晶シリコン層に形成され
た半導体素子と、前記単結晶シリコン基板と電気的に接
続している前記第二の単結晶シリコン層に形成された縦
型パワー素子とを有することを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の半導体装置。
3. A semiconductor device formed on the first single-crystal silicon layer and a vertical power device formed on the second single-crystal silicon layer electrically connected to the single-crystal silicon substrate. The semiconductor device according to claim 1, comprising:
【請求項4】 前記第一の絶縁膜は、前記第一の単結晶
シリコン層の下面に接触する酸化膜とその下方に配置さ
れた窒化膜とを有することを特徴とする請求項1乃至請
求項3の何れかに記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film includes an oxide film in contact with a lower surface of the first single-crystal silicon layer and a nitride film disposed under the oxide film. Item 4. The semiconductor device according to any one of Items 3.
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