JP2940308B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
子とを集積形成してなる半導体装置およびその製造方法
に関する。
から裏面に電流経路を持つ高耐圧素子をモノリシックに
集積化したパワーデバイス構造は、高耐圧素子の電流容
量を大きくできるために大電流制御用デバイスとして注
目されている。このデバイスでは低耐圧素子と高耐圧素
子の間の絶縁が重要であり、従来からpn接合分離ある
いは誘電体分離等の素子分離技術がよく知られている。
しかし、誘電体分離構造は、確実に電気的分離を行うこ
とができる反面、基板表面から裏面に電流経路をもつ高
耐圧素子を作製することが困難であるという問題がある
ために、誘電体分離構造は従来から電流が基板の横方向
に流れる比較的に小電流の高耐圧デバイスに用いられて
きた。一方、pn接合分離構造を用いると電流を基板に
垂直に流す大電流の高耐圧素子構造の作製が可能であ
る。以下にこのpn接合分離を用いたモノリシック高耐
圧回路素子構造の説明を行い、続いてこの欠点を述べ
る。
MOS低耐圧回路を集積形成した従来構造を図4に示
す。このような構造は例えば特公平3−65025号公
報に記載されている。まず高耐圧回路を説明を行う。4
3はN+ ドレイン低抵抗領域、44はN- ドレイン高抵
抗領域、48はPボディ、49はN+ ソース電極、47
はゲート電極である。
はCMOSトランジスタが形成されるN- 領域、51は
Pウェル、53aおよび53bはPウェル内部に形成さ
れるNチャンネル型MOSFETのN+ ソースおよびN
+ ドレイン、52はNチャンネルFETのゲート電極で
ある。また、55aおよび55bはPチャンネル型MO
SFETのP+ ソースおよびP+ ドレイン、54はこの
PチャンネルFETのゲート電極である。一方、45お
よび46は、CMOS低電圧回路とMOSFET高耐圧
回路をpn接合分離構造により電気的に分離するための
P領域およびP+ 領域である。このようにpn接合分離
構造を用いることにより、基板表面から裏面に電流が流
れる高耐圧回路素子とこの制御を行う低耐圧回路素子を
同一基板上に集積形成することができる。
製は、まずN+ 基板43にボロンを拡散してP領域45
を形成した後、シリコンをエピタキシャル成長させN-
領域44および50の形成を行い、続いて44および5
0の表面から43の方向にボロンを深く拡散することを
行うことによってP領域45に接続したP+ 領域46の
形成が行われる。この際、N- 領域44および50の厚
さが10μm程度のときには1100℃の高温度下で5
時間程度の拡散を行うことによりP+ 領域46とP領域
45が接続した構造が得られるが、もしN- 領域44お
よび50の厚さが30μmであるときには、40時間以
上の長い拡散時間が必要とされるという問題があった。
さらに、このような深い拡散では、拡散時間の長さの問
題に加えて、P+ 領域46がN- 領域44および50の
内部で基板の横方向に広がるという問題が生じた。この
結果、高耐圧素子41および低耐圧素子42が形成され
るN- 領域44および50の面積が縮小されるために、
半導体装置の集積密度の向上の阻害が生じた。さらに、
P領域45が長い拡散時間により44および50の基板
中に拡散するために、44および50の厚さが薄くなる
という問題も生じた。このため、所望のN- 領域44お
よび50の深さを最終的に得るためには、拡散の前のN
- 領域の厚さをかなり厚く作製しておくことが要求され
た。これにより、44および50の基板作製のためのエ
ピタキシャル成長時間がかなり長くなることに加えて、
46を45に接続させる拡散時間がさらに長くなるとい
う深刻なジレンマが起こった。
術の問題を解決するために、半導体基板上に高耐圧素子
と低耐圧素子とを同時に集積形成してなる半導体装置に
おいて、低耐圧素子と高耐圧素子間の底面側をpn接合
分離構造とし、側面側を当該低耐圧素子と高耐圧素子の
底面側に行くに従って領域が増大する形状をもつ誘電体
によって分離された構造としたことを特徴とする半導体
装置が得られる。
て、基板と異なる型の不純物層からなる絶縁層を設けた
一方の半導体基板と、エッチング溝により作製された島
状のシリコン領域の少なくとも一部に先の絶縁層と異な
る型の不純物層領域が設けられた、当該半導体基板と同
じ型の他方の半導体基板とを互いに張り合わせた後、他
方の半導体基板に設けた不純物を当該絶縁層の中を貫通
するまで拡散させ、この当該絶縁層の中に当該不純物が
貫通した構造をもつ領域に高耐圧素子を、また、この貫
通構造を持たない領域に低耐圧素子を作製することを特
徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
子と高耐圧素子との電気的分離を二通りの方法を用いて
行う。すなわち、pn接合分離により低耐圧素子と高耐
圧素子の上下方向の間の分離を行い、誘電体分離により
低耐圧素子と高耐圧素子の横方向の間の分離が行われ
る。上下方向にpn接合分離を設けて電気的に分離する
ことにより、基板表面から裏面方向に電流が流れる大電
流用の高耐圧素子の形成が実現できる。また、横方向の
電気的分離のために設けられた誘電体分離は、低温下で
作製できるために従来例で必要とされた深い拡散工程を
必要としない。この結果、半導体装置の製造が容易にな
るとともに、PおよびP+ 領域の上下および横方向拡散
が無くなるためにデバイスの高密度化が実現できるとい
う著しい効果が生じる。
造方法の説明を行う。図1は本発明の一実施例を示す図
である。同図において図4の構成要素と同じ番号をもつ
ものは同じ構成要素を表すものであり、ここではこれら
の説明を省略する。
よび低耐圧素子42の間はP絶縁層11を用いたpn接
合分離により上下方向が電気的に分離されている。また
溝23を用いた誘電体分離によって横方向の電気的な分
離が行われる。この溝23は、酸化膜等の絶縁膜1およ
びポリシリコン等の埋め込み層2によって内部が充填さ
れているために、機械的にも強固となっている。高耐圧
素子41はP絶縁層11が設けられていない領域を通し
て大きな電流を流すことができる。また、低耐圧素子4
2はP絶縁層11(pn接合分離)と溝23(誘電体分
離)によって高耐圧素子42と電気的に分離されてい
る。
施例を示す。まず、高耐圧素子のドレインとなるN+ シ
リコン基板43の裏面に目合わせ用のマーク21を設け
る。この目合わせマーク21は、図2の例ではシリコン
基板43にアルカリエッチング液によってV溝を作製し
た例を示した。この他に不純物の拡散等によっても目合
せマークを形成することが可能である。続いて、21の
マークに目合わせを行いながら、目合わせマーク21が
形成された主面と反対の面にP絶縁層11を形成する
(図2(a))。この際、将来高耐圧素子が形成される
領域にはこの領域を保護膜で覆うことによりP絶縁層が
設けられないようにする。このように作製した基板の上
に、シリコン基板43と同じ型の不純物を含むシリコン
膜をエピタキシャル成長させる。目合わせマーク21に
目合わせを行った後、エピタキシャル成長シリコン膜2
2に溝23の底面がP絶縁膜にするまで深くエッチング
を行なう(図2(b))。このエッチングには、KO
H,EDP,ヒドラジン等の異方性エッチング液を用い
ることができる。また、反応性イオンエッチング(RI
E)等の異方性ドライエッチング装置によっても溝23
を形成することができる。この溝23の側面に酸化膜、
窒化膜等によって絶縁膜1を設けた後、ポリシリコンを
堆積して溝を埋め込む。最後に、ポリシリコン膜を研磨
してエピタキシャルシリコン膜22の面が現われるよう
にする(図2(C))。この後は、通常のMOSあるい
はバイポーラプロセスを用いることにより、図1の構造
を製造することができる。
3に示す。この製造方法では2枚のシリコン基板を使用
する。まず一方のシリコン基板31を先に述べたように
して絶縁膜1およびポリシリコン2によって埋め込まれ
たV溝を作製する(図3(a))。続いてV溝が設けら
れた主面上に拡散層32をイオン注入あるいは拡散によ
って作製する(図3(b))。この拡散層32はシリコ
ン基板31と同じ型の不純物を含んでいる。もう一方の
シリコン基板43の一方の主面に43と異なる不純物を
含む拡散層33を形成する。なお43と31のシリコン
基板は同じ型の不純物を含んだものである。この二つの
シリコン基板43と31を絶縁層33とV溝が形成され
た面とを向かい合わせて接着する(図3(c))。この
シリコン基板の接着にはシリコン直接接合の技術を使用
することができる。このようにして張り合わせたシリコ
ン基板を電気炉の中に置くことにより、拡散層32を絶
縁層33の中に拡散させる。この拡散は拡散層32の底
面がシリコン基板43に達するまで行なうことが必要で
ある。この結果、拡散層32は図3(d)に示すように
ドレイン貫通層34となって、二つのシリコン基板の間
に電流を流すことができるようになる。この後、シリコ
ン基板31を研磨してV溝の底面が現われるようにする
(図3(d))。このようにして、高耐圧素子が形成さ
れる領域44と低耐圧素子50が形成される領域の電気
的な分離を作製することが可能となった。
層33の中に拡散するために高温の処理が必要である。
しかし、この拡散の深さは、従来例と比べてはるかに浅
いものであるために、必要とされる拡散時間が短い。
のパターニングが不要であること、裏面の目合わせマー
クが入らないこと等のために、作製のプロセスが簡略化
される等の特徴がある。
および回路が形成される基板をN型、絶縁層をP型とし
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。すなわち、絶縁層がN型、シリコン基板および回路
形成基板がP型であっても本発明は有効である。また、
V溝を本実施例で示したように埋め込む必要もなく、内
部が中空の構造も本発明に含まれる。
が電気的に分離された集積回路を製造することが可能と
なった。高耐圧素子は電流を基板に垂直に流すことがで
きるために、大きな電流の制御が必要である。また、低
耐圧素子と高耐圧素子は横方向が誘電体によって分離さ
れているために、従来のpn接合分離に比べて寄生容量
が小さく優れた電気特性を示した。この結果、消費電力
の低減化と高速化が実現できた。さらに、従来例のよう
に、長時間の拡散工程を必要としないことから分離層の
横方向の拡散が抑えられるため、素子の寸法を小さくす
ることができた。
現できた。一方、本発明の製造方法では、従来例の長時
間の高温度工程を除去することができる。これは、プロ
セスを著しく簡略化することに役だった。特に、従来例
で問題であった、拡散プロファイルの大きな変動を低く
抑えることができたために、デバイスの設計が著しく単
純となったことは本発明の大きな効果である。
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板上に高耐圧素子と低耐圧素子
とを同時に集積形成してなる半導体装置において、低耐
圧素子と高耐圧素子間の底面側をpn接合分離構造と
し、側面側を当該低耐圧素子と高耐圧素子の底面側に行
くに従って領域が増大する形状をもつ誘電体によって分
離された構造としたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 基板と異なる型の不純物層からなる絶縁
層を設けた一方の半導体基板と、エッチング溝により作
製された島状のシリコン領域の少なくとも一部に先の絶
縁層と異なる型の不純物層領域が設けられた当該半導体
基板と同じ型の他方の半導体基板とを互いに張り合わせ
た後、他方の半導体基板に設けた不純物を拡散させて当
該絶縁層の中を貫通させ、この当該絶縁層の中に当該不
純物が貫通した構造をもつ領域に高耐圧素子を、また、
この貫通構造を持たない領域に低耐圧素子を作製するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4172248A JP2940308B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4172248A JP2940308B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0621368A JPH0621368A (ja) | 1994-01-28 |
JP2940308B2 true JP2940308B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=15938372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4172248A Expired - Lifetime JP2940308B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
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JP6977509B2 (ja) * | 2017-11-29 | 2021-12-08 | 株式会社デンソー | 半導体基板の製造方法 |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4172248A patent/JP2940308B2/ja not_active Expired - Lifetime
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