JP3161091B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JP3161091B2
JP3161091B2 JP29282092A JP29282092A JP3161091B2 JP 3161091 B2 JP3161091 B2 JP 3161091B2 JP 29282092 A JP29282092 A JP 29282092A JP 29282092 A JP29282092 A JP 29282092A JP 3161091 B2 JP3161091 B2 JP 3161091B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置に係
わり、特に半導体基板の第1の主面側から第2の主面側
に電流を流す電力用の絶縁ゲート電界効果トランジスタ
(以下、MOSFET、と称す)とこのMOSFETを
制御する制御回路を同じ半導体チップ(半導体基板)に
設けたパワーICに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly, to an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET) for supplying a current from a first principal surface to a second principal surface of a semiconductor substrate. ) And a power IC in which a control circuit for controlling the MOSFET is provided on the same semiconductor chip (semiconductor substrate).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術によるこの種の半導体集積回路
の一例の断面を図4に示す。高不純物濃度のN+ 型シリ
コン基体3上にP- 型シリコンエピタキシャル層25が
形成され、このP- 型エピタキシャル層25内にN+
埋込層26が形成されている。また、P- 型エピタキシ
ャル層25上にはN- 型シリコンエピタキシャル層27
が形成され、このN- 型エピタキシャル層27を貫通し
て素子分離用のP+ 型拡散層28が形成されている。N
- 型エピタキシャル層27とP+ 型拡散層28を逆バイ
アスすることによって、N- 型エピタキシャル層27は
島状の領域27a,27b,27cに電気的に分離され
る。N- 型エピタキシャル層27の領域27aには、そ
れぞれが電極17に接続されたP+ 型コレクタ4,P+
型エミッタ5,N+ 型ベースコンタクト部6を有しN-
型領域27aの表面箇所をベースとするPNPバイポー
ラトランジスタ36が電力用のパワーMOSFETを制
御する制御回路の素子の一つとして形成されている。N
- 型エピタキシャル層27の領域27bにはPウエル2
9が形成されそこに、それぞれが電極17に接続された
+ 型コレクタ8,N+ 型エミッタ9,P+ 型ベースコ
ンタクト10を有しPウエル29の表面箇所をベースと
するNPNバイポーラトランジスタ37が電力用のパワ
ーMOSFETを制御する制御回路の素子の一つとして
形成されている。また、N+ 型埋込層26とつながって
その上に位置するN- 型エピタキシャル層27の領域2
7cには、P型領域22内のN+ 型ソース11、P型領
域22の表面のチャンネル領域24,N- 型領域27c
とN+ 型埋込層26とN+ 型シリコン基体3からなるド
レイン,N+ 型ソース11に接続するソース電極16,
+ 型シリコン基体3の裏面に接続するドレイン電極1
5,チャンネル領域24上のゲート絶縁膜41,その上
のゲート電極42を有する電力用のパワーMOSFET
39が形成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a cross section of an example of a conventional semiconductor integrated circuit of this kind. A P -type silicon epitaxial layer 25 is formed on an N + -type silicon substrate 3 having a high impurity concentration, and an N + -type buried layer 26 is formed in the P -type epitaxial layer 25. Further, an N type silicon epitaxial layer 27 is formed on the P type epitaxial layer 25.
Is formed, and a P + -type diffusion layer 28 for element isolation is formed penetrating through the N -type epitaxial layer 27. N
The N -type epitaxial layer 27 is electrically separated into island-like regions 27a, 27b, 27c by reverse-biasing the −-type epitaxial layer 27 and the P + -type diffusion layer 28. In a region 27a of the N -type epitaxial layer 27, a P + -type collector 4 and a P +
-Type emitter 5 has a N + -type base contact portion 6 N -
A PNP bipolar transistor 36 based on the surface of the mold region 27a is formed as one of the elements of a control circuit for controlling a power MOSFET for power. N
In the region 27b of the-type epitaxial layer 27, a P well 2
An NPN bipolar transistor 37 having an N + -type collector 8, an N + -type emitter 9, and a P + -type base contact 10, each of which is connected to the electrode 17, is formed on the surface of the P well 29. Are formed as one of the elements of a control circuit for controlling a power MOSFET for electric power. The region 2 of the N -type epitaxial layer 27 connected to the N + -type buried layer 26 and located thereabove.
7c includes an N + -type source 11 in the P-type region 22, a channel region 24 on the surface of the P-type region 22, and an N -- type region 27c.
A source electrode 16 connected to the N + type source 11, a drain comprising the N + type buried layer 26 and the N + type silicon substrate 3,
Drain electrode 1 connected to the back of N + type silicon substrate 3
5, a power MOSFET for power having a gate insulating film 41 on the channel region 24 and a gate electrode 42 thereon
39 are formed.

【0003】このような構成のパワーICでは通常P-
型エピタキシャル層25をグラウンド電位に、N- 型領
域27cとN+ 型埋込層26とN+ 型シリコン基体3と
をプラス電位にして使うので、この間のPN接合は逆バ
イアスされ、バイポーラトランジスタ36,37とMO
SFET39は電気的に分離される。
[0003] Typically in the power IC of such a configuration P -
Since the N - type region 27c, the N + type buried layer 26 and the N + type silicon substrate 3 are used at a positive potential, the PN junction therebetween is reverse-biased and the bipolar transistor 36 is used. , 37 and MO
SFET 39 is electrically isolated.

【0004】このときのP- 型エピタキシャル層25と
+ 型シリコン基体3の間にできるP- + 接合の逆バ
イアスブレークダウン電圧は、P- 型エピタキシャル層
25の厚さによって決まり、ブレークダウン電圧が60
Vの場合は約20μmが必要である。
At this time, the reverse bias breakdown voltage of the P N + junction formed between the P -type epitaxial layer 25 and the N + -type silicon substrate 3 is determined by the thickness of the P -type epitaxial layer 25. Voltage is 60
In the case of V, about 20 μm is required.

【0005】一方、MOSFETのドレイン耐圧は、N
- 型エピタキシャル層27の厚さによって決まり、通常
約10μmの厚さが必要である。
On the other hand, the drain breakdown voltage of the MOSFET is N
- determined by the thickness of the type epitaxial layer 27, it is necessary to a typical thickness of about 10 [mu] m.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上の図4に示したパ
ワーICでは、制御用トランジスタ36,37、電力用
素子であるMOSFET39を電気的に分離するために
+ 型拡散層28を形成しているが、このP+ 型拡散層
28は広い面積を必要とし、かつその形成に長時間を必
要とするという欠点を有する。
In the power IC shown in FIG. 4, the P + -type diffusion layer 28 is formed to electrically isolate the control transistors 36 and 37 and the MOSFET 39 as a power element. However, the P + type diffusion layer 28 has a disadvantage that it requires a large area and a long time is required for its formation.

【0007】この欠点を解決するために、小信号用のバ
イポーラIC等で用いられるトレンチ分離法(溝分離
法)を使うことが考えられる。この方法を図5に示す。
尚、図5において図4と同一もしくは類似の箇所は同じ
符号で示してあるので重複する説明は省略する。図5で
は、素子分離領域をトレンチ30およびトレンチ30の
内部に充填された絶縁体層13で行っている。しかし、
従来のパワーICにトレンチ分離法を適用した場合、先
に説明したようにMOSFETのドレイン耐圧のために
- 型エピタキシャル層27は約10μmの厚さが必要
であるからトレンチ30は12〜15μmの深さに深く
形成しなければならず、その工程が複雑かつ困難となり
実用的ではない。
In order to solve this drawback, it is conceivable to use a trench isolation method (trench isolation method) used for a small signal bipolar IC or the like. This method is shown in FIG.
In FIG. 5, the same or similar portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the duplicate description will be omitted. In FIG. 5, the element isolation region is formed by the trench 30 and the insulator layer 13 filled in the trench 30. But,
When the trench isolation method is applied to a conventional power IC, the N -type epitaxial layer 27 needs to have a thickness of about 10 μm for the drain breakdown voltage of the MOSFET as described above. It must be formed to a deep depth, which makes the process complicated and difficult and not practical.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板の第1の主面側から第2の主面側に電流を流す電力
用のMOSFETと、前記半導体基板の第1の主面側に
形成された、前記MOSFETを制御する制御素子と、
前記MOSFETと前記制御素子とを分離する素子分離
領域とを有する半導体集積回路装置において、前記半導
体基板は、第1導電型の半導体基体と、前記半導体基体
より低い不純物濃度を有して前記半導体基体上に形成さ
れた第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体
層上に形成された第2導電型の第2の半導体層とを具備
して構成され、たがいに同じ深さを有する第1及び第2
のトレンチが前記第2の半導体層を貫通して前記第1の
半導体層に達して設けられており、前記素子分離領域
は、前記第1のトレンチおよびその内面に形成された絶
縁体層(誘電体層)を有して構成され、前記MOSFE
Tのチャンネル領域は前記第2の半導体層内において前
記半導体基板の第1、第2の主面と垂直の方向の前記第
2のトレンチの側壁に形成され、第2導電型の前記第2
の半導体層の表面が前記半導体基板の第1の主面であ
り、前記素子分離領域に囲まれた第2導電型の前記第2
の半導体層の箇所に第1導電型のウエルが形成され、第
1導電型の前記ウエル内に前記制御素子が形成されてい
半導体集積回路装置にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that a power MOSFET that allows a current to flow from a first main surface of a semiconductor substrate to a second main surface thereof, and a first main surface of the semiconductor substrate. A control element formed on the side for controlling the MOSFET;
In a semiconductor integrated circuit device having an element isolation region for isolating the MOSFET and the control element, the semiconductor substrate has a first conductivity type semiconductor base and an impurity concentration lower than that of the semiconductor base. A first semiconductor layer of the first conductivity type formed thereon and a second semiconductor layer of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer, each having the same depth. First and second having
Is provided so as to penetrate the second semiconductor layer and reach the first semiconductor layer, and the element isolation region includes an insulating layer (dielectric layer) formed on the first trench and an inner surface thereof. Body layer), and the MOSFE
A channel region of T is formed in the second semiconductor layer on a side wall of the second trench in a direction perpendicular to the first and second main surfaces of the semiconductor substrate, and the second conductivity type second region is formed .
The surface of the semiconductor layer is the first main surface of the semiconductor substrate.
The second conductivity type of the second conductive type surrounded by the element isolation region.
A first conductivity type well is formed at the location of the semiconductor layer of
The control element is formed in the well of one conductivity type.
That in the semiconductor integrated circuit device.

【0009】本発明の特徴は、半導体基板の第1の主面
側から第2の主面側に電流を流す電力用の絶縁ゲート電
界効果トランジスタと、前記半導体基板の第1の主面側
に形成された、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを
制御する制御素子と、前記絶縁ゲート電界効果トランジ
スタと前記制御素子とを分離する素子分離領域とを有す
る半導体集積回路装置において、前記半導体基板は、第
1導電型の半導体基体と、前記半導体基体より低い不純
物濃度を有して前記半導体基体上に形成された第1導電
型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に形成さ
れた第2導電型の第2の半導体層と、第2導電型の前記
第2の半導体層上に形成された第1導電型のエピタキシ
ャル層とを具備して構成され、前記素子分離領域は、前
記第2の半導体層を貫通して前記第1の半導体層に達す
る第1のトレンチおよびその内面に形成された絶縁体層
を有して構成され、前記絶縁ゲート電界効果トランジス
タのチャンネル領域は前記第2の半導体層内の第2のト
レンチの側壁に形成され、かつ、前記第1導電型のエピ
タキシャル層を前記絶縁ゲート電界効果トランジスタの
ソースとし、前記制御素子として第1及び第2のバイポ
ーラトランジスタを有し、前記第1導電型のエピタキシ
ャル層を前記第1のバイポーラトランジスタのベースと
し、前記第1導電型のエピタキシャル層を前記第2のバ
イポーラトランジスタのコレクタとした半導体集積回路
装置にある。
The present invention is characterized in that an insulated gate field-effect transistor for power, which allows a current to flow from the first main surface side of the semiconductor substrate to the second main surface side, and that the first main surface side of the semiconductor substrate has In a semiconductor integrated circuit device having a formed control element for controlling the insulated gate field-effect transistor and an element isolation region for separating the insulated gate field-effect transistor and the control element, the semiconductor substrate includes a first A semiconductor substrate of a conductivity type, a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the semiconductor substrate with an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate, and a first semiconductor layer formed on the first semiconductor layer. A second conductive type second semiconductor layer; and a first conductive type epitaxial layer formed on the second conductive type second semiconductor layer. 2 semiconductor layers A first trench penetrating therethrough and reaching the first semiconductor layer; and an insulator layer formed on an inner surface of the first trench. The channel region of the insulated gate field effect transistor is formed in the second semiconductor layer. A first conductive type epitaxial layer formed on a side wall of a second trench and serving as a source of the insulated gate field effect transistor; and a first and a second bipolar transistor as the control element; In a semiconductor integrated circuit device, a conductive type epitaxial layer is used as a base of the first bipolar transistor, and the first conductive type epitaxial layer is used as a collector of the second bipolar transistor.

【0010】[0010]

【実施例】以下、次に図面を参照して本発明を説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明の第1の実施例の半導体チッ
プを示す断面図である。図1と同図の半導体チップを製
造する方法を工程順に示した図2(a)〜(e)とを同
時に説明する。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor chip according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2E showing the method of manufacturing the semiconductor chip shown in FIG. 1 and the method shown in FIG.

【0012】まず、高不純物濃度のN+ 型シリコン基体
3上にN- 型シリコンエピタキシャル層2を膜厚約10
μmに成長し、さらにその上にP型シリコンエピタキシ
ャル層1を膜厚約3μmに成長して半導体基板50を構
成させる。半導体基板50は、P型シリコンエピタキシ
ャル層1の表面を第1の主面51とし、N+ 型シリコン
基体3のN- 型シリコンエピタキシャル層2が形成され
た面とは反対方向の面を第2の主面52とし、この第1
および第2の主面51,52は実質的にたがいに並行な
平坦面である(図2(a))。
[0012] First, N on N + -type silicon substrate 3 having a high impurity concentration - -type silicon epitaxial layer 2 a thickness of approximately 10
The semiconductor substrate 50 is formed by growing the P-type silicon epitaxial layer 1 to a thickness of about 3 μm thereon. The semiconductor substrate 50 has a surface of the P-type silicon epitaxial layer 1 as a first main surface 51 and a second surface of the N + -type silicon substrate 3 in a direction opposite to the surface on which the N -type silicon epitaxial layer 2 is formed. And the first surface 52
The second main surfaces 51 and 52 are substantially parallel flat surfaces (FIG. 2A).

【0013】次に、P型シリコンエピタキシャル層1を
貫通してN- 型シリコンエピタキシャル層2に達する第
1のトレンチ(溝)14aおよび第2のトレンチ(溝)
14bを第1の主面51から垂直に形成する。第1のト
レンチ14aは素子分離用のものでこれによりP型エピ
タキシャル層1は島状の領域1a,1b,1cに電気的
に分離される。第2のトレンチ14bは島状の領域1c
内に形成され、MOSFETの縦チャンネルのゲート構
造用のものである(図2(b))。
Next, a first trench (groove) 14a and a second trench (groove) penetrating the P-type silicon epitaxial layer 1 and reaching the N -type silicon epitaxial layer 2
14b is formed perpendicular to the first main surface 51. The first trench 14a is for element isolation, whereby the P-type epitaxial layer 1 is electrically isolated into island-shaped regions 1a, 1b, 1c. The second trench 14b has an island-like region 1c.
And is for a vertical channel gate structure of a MOSFET (FIG. 2B).

【0014】次に、第1のトレンチ14aを二酸化シリ
コン等の絶縁膜13で充填させて素子分離領域を構成さ
せる。一方、第2のトレンチ14bの内壁上に熱酸化に
よる二酸化シリコン等のゲート絶縁膜21を形成し、そ
の上にトレンチ14bを充填するようにポリシリコンを
堆積してゲート電極12を形成し、ゲート電極12上に
絶縁膜43を形成する(図2(c))。
Next, the first trench 14a is filled with an insulating film 13 such as silicon dioxide to form an element isolation region. On the other hand, a gate insulating film 21 such as silicon dioxide formed by thermal oxidation is formed on the inner wall of the second trench 14b, and polysilicon is deposited thereon so as to fill the trench 14b to form a gate electrode 12. An insulating film 43 is formed on the electrode 12 (FIG. 2C).

【0015】次に、フォトリソグラフィー技術を用い
て、P型エピタキシャル層1の島状の領域1aの内にP
NPバイポーラトランジスタのN型ベース7を形成し、
その内にこのトランジスタのP+ 型コレクタ4,P+
エミッタ5,N+ 型ベースコンタクト部6を形成する。
また、P型エピタキシャル層1の島状の領域1bにN型
ウエル19を形成しそこにNPNバイポーラトランジス
タのP型ベース18を形成し、その内にこのトランジス
タのN+ 型コレクタ8,N+ 型エミッタ9,P+型ベー
スコンタクト部10を形成する。また、P型エピタキシ
ャル層1の島状の領域1cのトレンチ14bの外周表面
に電力用パワーMOSFETのN+ 型ソース11を形成
する。そして全面に二酸化シリコン等の絶縁膜33を披
着する(図2(d))。
Next, the P-type epitaxial layer 1 is formed in the island-shaped region 1a by photolithography.
Forming the N-type base 7 of the NP bipolar transistor,
The P + -type collector 4, P + -type emitter 5, and N + -type base contact 6 of this transistor are formed therein.
Further, to form a P-type base 18 of there NPN bipolar transistor forming the N-type well 19 in the P-type island region 1b of the epitaxial layer 1, N + -type collector 8, N + -type transistor to them An emitter 9 and a P + type base contact portion 10 are formed. Further, the N + -type source 11 of the power MOSFET is formed on the outer peripheral surface of the trench 14b in the island-shaped region 1c of the P-type epitaxial layer 1. Then, an insulating film 33 such as silicon dioxide is deposited on the entire surface (FIG. 2D).

【0016】最後に、絶縁膜33にコンタクトホールを
開孔して、それぞれの不純物領域に電極17を接続し
て、島状の領域1aにはPNPバイポーラトランジスタ
36が電力用のパワーMOSFETを制御する制御回路
の素子の一つとして形成され、島状の領域1bにはNP
Nバイポーラトランジスタ37が電力用のパワーMOS
FETを制御する制御回路の素子の一つとして形成され
る。
Finally, contact holes are formed in the insulating film 33, the electrodes 17 are connected to the respective impurity regions, and the PNP bipolar transistor 36 controls the power MOSFET for the power in the island-like region 1a. NP is formed as one of the elements of the control circuit.
N bipolar transistor 37 is a power MOS for power
It is formed as one of the elements of a control circuit that controls the FET.

【0017】一方、N+ 型ソース11にソース電極16
を接続し、半導体基板50の第2の主面52であるN+
型シリコン基体3の裏面にドレイン電極15を接続し
て、チャンネル領域20が半導体基板50の主面51と
垂直の方向に第2のトレンチ14bの側壁に形成され、
半導体基板の一方の主面51のソース電極16と半導体
基板の他方の主面52のドレイン電極15間を電流通路
とする電力用のパワーMOSFET38が、P型シリコ
ンエピタキシャル層1の島状の領域1cからドレインと
なるN- 型シリコンエピタキシャル層2およびN+ 型シ
リコン基体3にかけて形成される(図2(d)および図
1)。
Meanwhile, the source electrode 16 to the N + -type source 11
And N + that is the second main surface 52 of the semiconductor substrate 50
A drain electrode 15 is connected to the back surface of the mold silicon substrate 3, and a channel region 20 is formed on the side wall of the second trench 14b in a direction perpendicular to the main surface 51 of the semiconductor substrate 50,
A power MOSFET 38 for electric power having a current path between the source electrode 16 on one main surface 51 of the semiconductor substrate and the drain electrode 15 on the other main surface 52 of the semiconductor substrate is formed in an island-like region 1 c To the N -type silicon epitaxial layer 2 and the N + -type silicon substrate 3 to be drains (FIG. 2D and FIG. 1).

【0018】尚、MOSFETについて図2では図1の
左半分を図示してある。そして、図1の断面で示される
第2のトレンチ14bは平面形状でリング状となってい
るから、左右に図示された第2のトレンチ14bは連続
的に形成されている。したがって、チャンネル領域2
0,ゲート絶縁膜21,ソース11は平面形状でリング
状の第2のトレンチ14b内周と外周とにそれぞれに沿
って形成されている。
FIG. 2 shows the left half of the MOSFET in FIG. Since the second trench 14b shown in the cross section of FIG. 1 has a ring shape in plan view, the second trench 14b shown on the left and right is formed continuously. Therefore, channel region 2
0, the gate insulating film 21 and the source 11 are formed along the inner and outer peripheries of the second trench 14b having a planar shape and a ring shape.

【0019】上記した本発明ではP型シリコンエピタキ
シャル層1の膜厚は、MOSFET38のチャンネル長
(縦方向にソースとドレイン間)が得られる厚さおよび
バイポーラトランジスタ36,37が形成できる厚さが
あればよく、約3μm程度で十分である。したがって、
素子分離の第2のトレンチ14bも3〜4μmの深さで
十分であるからパワーICにトレンチ分離を用いること
ができる。
In the present invention described above, the thickness of the P-type silicon epitaxial layer 1 depends on the thickness for obtaining the channel length of the MOSFET 38 (between the source and the drain in the vertical direction) and the thickness for forming the bipolar transistors 36 and 37. About 3 μm is sufficient. Therefore,
Since the depth of 3 to 4 μm is sufficient for the second trench 14b for element isolation, trench isolation can be used for the power IC.

【0020】すなわち、MOSFETのドレイン耐圧は
- 型シリコンエピタキシャル層2の膜厚により決定さ
れるが、トレンチはP型シリコンエピタキシャル層1を
貫通するのであってN- 型シリコンエピタキシャル層2
は貫通しないから、ドレイン耐圧とトレンチの深さとは
無関係となるのである。
That is, the drain breakdown voltage of the MOSFET is determined by the film thickness of the N type silicon epitaxial layer 2, but since the trench penetrates the P − type silicon epitaxial layer 1, the N type silicon epitaxial layer 2
Does not penetrate through, the drain breakdown voltage and the depth of the trench become irrelevant.

【0021】さらに本発明の半導体集積回路装置では通
常、P型シリコンエピタキシャル層1をグラウンド電位
に、N- 型シリコンエピタキシャル層2およびN+ 型シ
リコン基体3をプラス電位にして使用する。このとき
に、P型シリコンエピタキシャル層1とN- 型シリコン
エピタキシャル層2とのブレークダウン電圧は、MOS
FETのドレイン耐圧と同様にN- 型シリコンエピタキ
シャル層2の膜厚により決定される。このように、図
4,図5の従来技術においてブレークダウン電圧がP-
型エピタキシャル層25の膜厚に依存しMOSFETの
ドレイン耐圧がN-型エピタキシャル層27の膜厚に依
存するという異なる二つの層にそれぞれ依存するのと異
なり、本発明ではブレークダウン電圧もドレイン耐圧も
- 型シリコンエピタキシャル層2の一層のみに依存す
るから、図4,図5のMOSFETにおけるN+ 型埋込
層26を省くことができ、さらに工程が簡素化される。
Further, in the semiconductor integrated circuit device of the present invention, the P-type silicon epitaxial layer 1 is usually used at the ground potential, and the N -type silicon epitaxial layer 2 and the N + -type silicon substrate 3 are used at the positive potential. At this time, the breakdown voltage between P-type silicon epitaxial layer 1 and N -type silicon epitaxial layer 2 is
It is determined by the film thickness of the N type silicon epitaxial layer 2 as in the case of the drain breakdown voltage of the FET. Thus, FIG. 4, the breakdown voltage in the prior art of FIG. 5 P -
In the present invention, the breakdown voltage and the drain withstand voltage are different from each other in that the drain breakdown voltage of the MOSFET depends on the thickness of the N type epitaxial layer 27 and the drain breakdown voltage of the MOSFET depends on the thickness of the N type epitaxial layer 27. Since it depends only on one layer of the N type silicon epitaxial layer 2, the N + type buried layer 26 in the MOSFET of FIGS. 4 and 5 can be omitted, and the process is further simplified.

【0022】次に図3は本発明の第2の実施例の半導体
チップを示す断面図である。尚、図3において図1,図
2と同一もしくは類似の箇所は同じ符号で示してあるの
で重複する説明は省略する。
FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor chip according to a second embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 3, the same or similar portions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0023】この第2の実施例では、P型シリコンエピ
タキシャル層1上にさらにN- 型シリコンエピタキシャ
ル層32を成長して半導体基板を構成させる。第1およ
び第2のトレンチ14a,14bはN- 型シリコンエピ
タキシャル層32を貫通してからP型シリコンエピタキ
シャル層1を貫通し、トレンチ14aによりN- 型シリ
コンエピタキシャル層32も島状の領域32a,32
b,32cに素子分離される。MOSFETはN- 型シ
リコンエピタキシャル層32の島状の領域32c内にソ
ースコンタクト部となるN+ 型ソース11が形成され、
- 型シリコンエピタキシャル層の島状の領域32cが
チャンネル領域20に当接するN- 型ソースとなる。
In the second embodiment, an N type silicon epitaxial layer 32 is further grown on the P type silicon epitaxial layer 1 to form a semiconductor substrate. The first and second trenches 14a, 14b penetrate the N type silicon epitaxial layer 32 and then penetrate the P type silicon epitaxial layer 1, and the trench 14a also causes the N type silicon epitaxial layer 32 to have an island-like region 32a, 32
b, 32c. In the MOSFET, an N + type source 11 serving as a source contact portion is formed in an island-like region 32c of the N type silicon epitaxial layer 32,
The island region 32 c of the N type silicon epitaxial layer becomes the N type source that contacts the channel region 20.

【0024】そして、PNPバイポーラトランジスタ3
6ではN- 型シリコンエピタキシャル層32の領域32
aがそのままベースとなり、NPNバイポーラトランジ
スタ37はNウエルの形成を省略してN- 型シリコンエ
ピタキシャル層32の領域32bがそのままコレクタと
なりN+ 型コレクタ埋込層34およびN+ 型引き出し領
域35を形成する。この様な構造にすることで高性能な
バイポーラトランジスタを得ることができる。
Then, the PNP bipolar transistor 3
6, the region 32 of the N - type silicon epitaxial layer 32
a serves as the base, and the NPN bipolar transistor 37 omits the formation of the N well, and the region 32b of the N type silicon epitaxial layer 32 becomes the collector as it is to form the N + type collector buried layer 34 and the N + type extraction region 35. I do. With such a structure, a high-performance bipolar transistor can be obtained.

【0025】以上、制御用の素子としてバイポーラトラ
ンジスタを例示して説明したが、制御用素子としてはバ
イポーラトランジスタに限定されることはなく、制御用
素子としてCMOSやダイオードなどを用いた場合でも
本発明は適用できる。また、実施例の半導体の極性を逆
にした場合、すなわちN型をP型にしP型をN型にした
場合でも本発明は適用できるものである。
The bipolar transistor has been described as an example of the control element. However, the control element is not limited to the bipolar transistor, and the present invention can be applied to a case where a CMOS or a diode is used as the control element. Is applicable. Further, the present invention is applicable even when the polarity of the semiconductor of the embodiment is reversed, that is, when the N-type is changed to the P-type and the P-type is changed to the N-type.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、N+ 型基
体上にN- 型エピタキシャル層を有し、さらにその上に
P型エピタキシャル層を有して半導体基板を構成させて
いるので、半導体基板の第1の主面側から第2の主面側
に電流を流す電力用のMOSFETと半導体基板の第1
の主面側に形成された制御素子とを分離する素子分離領
域にトレンチ分離法を用いることができる。また、MO
SFETのチャンネル領域はP型エピタキシャル層内に
おいて半導体基板の第1および第2の主面と垂直の方向
にトレンチの側壁に形成されているから、埋込層をなく
し構造を簡単にすることができる。
As described above, according to the present invention, a semiconductor substrate is constituted by having an N -- type epitaxial layer on an N + -type substrate and a P-type epitaxial layer thereon. A power MOSFET for flowing a current from the first main surface side of the semiconductor substrate to the second main surface side and the first MOSFET of the semiconductor substrate.
A trench isolation method can be used in an element isolation region for isolating a control element formed on the main surface side of the element. Also, MO
Since the channel region of the SFET is formed on the sidewall of the trench in a direction perpendicular to the first and second main surfaces of the semiconductor substrate in the P-type epitaxial layer, the buried layer can be eliminated and the structure can be simplified. .

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を製造する方法を工程順
に示した断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a method of manufacturing the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の第2の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】従来技術の一例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the related art.

【図5】従来技術の他の例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing another example of the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型シリコンエピタキシャル層 1a,1b,1c P型エピタキシャル層1の島状の
領域 2 N- 型シリコンエピタキシャル層 3 N+ 型シリコン基体 4 PNPバイポーラトランジスタのP+ 型コレクタ 5 PNPバイポーラトランジスタのP+ 型エミッタ 6 PNPバイポーラトランジスタのN+ 型ベースコ
ンタクト部 7 PNPバイポーラトランジスタのN型ベース 8 NPNバイポーラトランジスタのN+ 型コレクタ 9 NPNバイポーラトランジスタのN+ 型エミッタ 10 NPNバイポーラトランジスタのP+ 型ベース
コンタクト部 11 MOSFETのN+ 型ソース 12 MOSFETのゲート電極 13 素子分離用の第1のトレンチ内の絶縁膜 14a 素子分離用の第1のトレンチ 14b MOSFETのゲート構造用の第2のトレン
チ 15 MOSFETのドレイン電極 16 MOSFETのソース電極 17 バイポーラトランジスタの電極 18 NPNバイポーラトランジスタのP型ベース 19 NPNバイポーラトランジスタ形成用のN型ウ
エル 20 MOSFETのチャンネル領域 21 MOSFETのゲート絶縁膜 22 P型領域 24 MOSFETのチャンネル領域 25 P- 型エピタキシャル層 26 N+ 型埋込層 27 N- 型シリコンエピタキシャル層 27a,27b,27c N- 型エピタキシャル層2
7の島状の領域 28 P+ 型拡散層 29 Pウエル 30 トレンチ 32 N- 型シリコンエピタキシャル層 32a,32b,32c N- 型シリコンエピタキシ
ャル層32の島状の領域 33 半導体基板上の絶縁膜 34 N+ 型コレクタ埋込層 35 N+ 型引き出し領域 36 PNPバイポーラトランジスタ 37 NPNバイポーラトランジスタ 38 本発明のMOSFET 39 従来技術のMOSFET 41 ゲート絶縁膜 42 ゲート電極 43 絶縁膜 50 半導体基板 51 半導体基板の第1の主面 52 半導体基板の第2の主面
Reference Signs List 1 P-type silicon epitaxial layer 1 a, 1 b, 1 c Island-shaped region of P-type epitaxial layer 1 2 N -type silicon epitaxial layer 3 N + -type silicon substrate 4 P + type collector of PNP bipolar transistor 5 P + of PNP bipolar transistor -type emitter 6 PNP bipolar transistor of the N + -type base contact portion 7 PNP bipolar transistor N-type base 8 P + -type base contact portion of the N + type emitter 10 NPN bipolar transistor of the N + -type collector 9 NPN bipolar transistor of the NPN bipolar transistor 11 second trench for gate structure of a MOSFET of the N + -type first trench 14b MOSFET for insulating film 14a isolation of the source 12 within the first trench for gate electrode 13 isolation of MOSFET Reference Signs List 5 MOSFET drain electrode 16 MOSFET source electrode 17 Bipolar transistor electrode 18 P-type base of NPN bipolar transistor 19 N-type well for forming NPN bipolar transistor 20 MOSFET channel region 21 MOSFET gate insulating film 22 P-type region 24 MOSFET Channel region 25 P type epitaxial layer 26 N + type buried layer 27 N type silicon epitaxial layer 27 a, 27 b, 27 c N type epitaxial layer 2
7 island-shaped region 28 P + type diffusion layer 29 P well 30 trench 32 N type silicon epitaxial layer 32 a, 32 b, 32 c island type region of N type silicon epitaxial layer 32 33 insulating film on semiconductor substrate 34 N + -Type collector buried layer 35 N + -type lead-out region 36 PNP bipolar transistor 37 NPN bipolar transistor 38 MOSFET of the present invention 39 Conventional MOSFET 41 Gate insulating film 42 Gate electrode 43 Insulating film 50 Semiconductor substrate 51 First semiconductor substrate Main surface 52 Second main surface of semiconductor substrate

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板の第1の主面側から第2の主
面側に電流を流す電力用の絶縁ゲート電界効果トランジ
スタと、前記半導体基板の第1の主面側に形成された、
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを制御する制御素
子と、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタと前記制御
素子とを分離する素子分離領域とを有する半導体集積回
路装置において、 前記半導体基板は、第1導電型の半導体基体と、前記半
導体基体より低い不純物濃度を有して前記半導体基体上
に形成された第1導電型の第1の半導体層と、前記第1
の半導体層上に形成された第2導電型の第2の半導体層
とを具備して構成され、 たがいに同じ深さを有する第1及び第2のトレンチが前
記第2の半導体層を貫通して前記第1の半導体層に達し
て設けられており、 前記素子分離領域は、前記第1のトレンチおよびその内
面に形成された絶縁体層を有して構成され、 前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのチャンネル領域
は前記第2の半導体層内の前記第2のトレンチの側壁に
形成され、第2導電型の前記第2の半導体層の表面が前記半導体基
板の第1の主面であり、 前記素子分離領域に囲まれた第2導電型の前記第2の半
導体層の箇所に第1導電型のウエルが形成され、第1導
電型の前記ウエル内に前記制御素子が形成されている
とを特徴とする半導体集積回路装置。
1. An insulated gate field-effect transistor for power, which allows a current to flow from a first main surface side of a semiconductor substrate to a second main surface side, and formed on the first main surface side of the semiconductor substrate.
In a semiconductor integrated circuit device having a control element for controlling the insulated gate field effect transistor and an element isolation region for separating the insulated gate field effect transistor and the control element, the semiconductor substrate is a semiconductor of a first conductivity type. A base; a first conductive type first semiconductor layer formed on the semiconductor base with a lower impurity concentration than the semiconductor base;
And a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first semiconductor layer, and first and second trenches each having the same depth penetrate the second semiconductor layer. And the element isolation region is configured to include the first trench and an insulator layer formed on an inner surface of the first trench. A channel region is formed on a sidewall of the second trench in the second semiconductor layer, and a surface of the second conductivity type second semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate.
A first main surface of a plate, the second half of a second conductivity type surrounded by the element isolation region;
A first conductivity type well is formed at the location of the conductor layer, and the first conductivity type well is formed.
The semiconductor integrated circuit device , wherein the control element is formed in the electric well .
【請求項2】 半導体基板の第1の主面側から第2の主
面側に電流を流す電力用の絶縁ゲート電界効果トランジ
スタと、前記半導体基板の第1の主面側に形成された、
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを制御する制御素
子と、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタと前記制御
素子とを分離する素子分離領域とを有する半導体集積回
路装置において、 前記半導体基板は、第1導電型の半導体基体と、前記半
導体基体より低い不純物濃度を有して前記半導体基体上
に形成された第1導電型の第1の半導体層と、前記第1
の半導体層上に形成された第2導電型の第2の半導体層
と、第2導電型の前記第2の半導体層上に形成された第
1導電型のエピタキシャル層とを具備して構成され、 前記素子分離領域は、前記第2の半導体層を貫通して前
記第1の半導体層に達する第1のトレンチおよびその内
面に形成された絶縁体層を有して構成され、 前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのチャンネル領域
は前記第2の半導体層内の第2のトレンチの側壁に形成
され、 かつ、前記第1導電型のエピタキシャル層を前記絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタのソースとし、 前記制御素子として第1及び第2のバイポーラトランジ
スタを有し、前記第1導電型のエピタキシャル層を前記
第1のバイポーラトランジスタのベースとし、前記第1
導電型のエピタキシャル層を前記第2のバイポーラトラ
ンジスタのコレクタとしたことを特徴とする半導体集積
回路装置。
2. An insulated gate field-effect transistor for power, which allows a current to flow from the first main surface side of the semiconductor substrate to the second main surface side, and formed on the first main surface side of the semiconductor substrate.
In a semiconductor integrated circuit device having a control element for controlling the insulated gate field effect transistor and an element isolation region for separating the insulated gate field effect transistor and the control element, the semiconductor substrate is a semiconductor of a first conductivity type. A base; a first conductive type first semiconductor layer formed on the semiconductor base with a lower impurity concentration than the semiconductor base;
A second conductive type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, and a first conductive type epitaxial layer formed on the second conductive type second semiconductor layer. The element isolation region includes a first trench that penetrates the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer, and an insulator layer formed on an inner surface of the first trench. A channel region of the effect transistor is formed on a side wall of the second trench in the second semiconductor layer, and the epitaxial layer of the first conductivity type is used as a source of the insulated gate field effect transistor. First and second bipolar transistors, wherein the first conductivity type epitaxial layer is used as a base of the first bipolar transistor;
A semiconductor integrated circuit device, wherein a conductive type epitaxial layer is used as a collector of the second bipolar transistor.
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