JP3400234B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3400234B2
JP3400234B2 JP07452496A JP7452496A JP3400234B2 JP 3400234 B2 JP3400234 B2 JP 3400234B2 JP 07452496 A JP07452496 A JP 07452496A JP 7452496 A JP7452496 A JP 7452496A JP 3400234 B2 JP3400234 B2 JP 3400234B2
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power
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洋介 高木
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】本発明は高耐圧パワー素子と
制御回路素子とをモノリシックに集積するパワーICに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power IC in which a high breakdown voltage power element and a control circuit element are monolithically integrated.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワーICの開発は近年とみに活発化し
ている。絶縁分離技術に関しては特にpn接合分離や誘
電体分離技術の開発が多様化し、またデバイス技術に関
してはBi・MOS複合化によるデバイスの高性能化
や、高精度アナログCMOSも含めたマルチデバイスの
集積による高機能化が着実に進められている。また、各
種回路が集積されインテリジェント化が一段と進む一
方、低電圧制御回路部と高電圧出力回路部の電位差を解
消するレベルシフト回路技術の開発も活発である。ま
た、これらの要素技術を結集した多種多様なインテリジ
ェントパワーデバイス(以下IPDという)の開発例が
報告され、実用化が加速されている。IPDは、図3に
示すように要求性能や構造が大きく異なる素子を1チッ
プに搭載したパワーICである。図3はpn接合分離を
用いたパワーICであり、n+ 基板11の上のp層12
の内部にnウェル141,142,143が形成され、
それぞれのnウェルの内部にパワーMOSFET1、n
pnバイポーラトランジスタ2、MOSコンデンサ3が
形成されている。図3に示すようなIPDを作る場合、
多種類の素子を同時に形成するため、製品のコスト面か
ら考えてプロセスを極力共通化することが重要になる。
2. Description of the Related Art The development of power ICs has become very active in recent years. With regard to insulation isolation technology, development of pn junction isolation and dielectric isolation technology has diversified, and regarding device technology, high performance of devices by Bi / MOS combination and integration of multi-devices including high-precision analog CMOS Higher functionality is steadily being advanced. In addition, while various circuits are integrated to make it more intelligent, the development of level shift circuit technology that eliminates the potential difference between the low voltage control circuit section and the high voltage output circuit section is also active. In addition, various examples of development of intelligent power devices (hereinafter referred to as IPDs) that combine these elemental technologies have been reported, and their practical use has been accelerated. As shown in FIG. 3, the IPD is a power IC in which elements having greatly different required performances and structures are mounted on one chip. FIG. 3 shows a power IC using pn junction isolation, which includes a p layer 12 on an n + substrate 11.
N wells 141, 142, 143 are formed inside the
Inside each n-well, power MOSFETs 1, n
A pn bipolar transistor 2 and a MOS capacitor 3 are formed. When making an IPD as shown in Figure 3,
Since many kinds of elements are formed at the same time, it is important to make the processes as common as possible from the viewpoint of product cost.

【0003】図4に図3に示した構造における、MOS
コンデンサ3部分の断面図を示す。この場合、MOSコ
ンデンサ3を形成するゲート酸化膜172は、チップ上
のパワートランジスタ1のゲート酸化膜171や図示を
省略した半導体基板11の他の領域に形成されたCMO
S等他のデバイスのゲート酸化膜の形成と同時に形成さ
れており、MOSコンデンサ3の上部電極182はパワ
ーMOSFET1のゲート電極181となるポリシリコ
ン層と同時に形成されている。また、下部電極139の
+ 領域はnpnバイポーラトランジスタ2のコレクタ
抵抗を低減させるためのn+ 埋め込み層132の取り出
し領域となるディープn+ 領域138の形成と同時に形
成されている。しかし、図3に示したpn接合分離技術
では、寄生pnpn素子に起因したラッチアップ発生の
危険性や、分離耐圧の上昇に伴う分離領域の増大といっ
た問題がある。また埋込酸化膜等による絶縁分離技術に
おいてはU溝形成や、U溝中への酸化膜の形成や、エッ
チバック等の平坦化の工程が必要で、工程が増大すると
いう欠点がある。
A MOS in the structure shown in FIG. 3 in FIG.
The sectional view of the capacitor 3 part is shown. In this case, the gate oxide film 172 forming the MOS capacitor 3 is the gate oxide film 171 of the power transistor 1 on the chip or the CMO formed on the other region of the semiconductor substrate 11 (not shown).
The upper electrode 182 of the MOS capacitor 3 is formed simultaneously with the formation of the gate oxide film of another device such as S, and the upper electrode 182 of the MOS capacitor 3 is formed simultaneously with the polysilicon layer to be the gate electrode 181 of the power MOSFET 1. Further, the n + region of the lower electrode 139 is formed at the same time as the formation of the deep n + region 138 serving as the extraction region of the n + buried layer 132 for reducing the collector resistance of the npn bipolar transistor 2. However, the pn junction isolation technique shown in FIG. 3 has a problem that there is a risk of latch-up due to the parasitic pnpn element and an increase in isolation region due to an increase in isolation withstand voltage. Further, the insulating isolation technique using a buried oxide film or the like has a drawback that the U-groove formation, the formation of an oxide film in the U-groove, and the flattening process such as etch back are required, which increases the number of processes.

【0004】図5は、従来のIPDの他の例を示す。図
5の場合は図3の場合と異なりウェハの分離構造は自己
分離となり、何ら特別の素子分離領域の形式を必要とし
ない。すなわちパワーMOSFET1のドレイン領域と
なるn+ 基板11の上に形成されたn層31の上部にパ
ワーMOSFET1のpボディ151、nチャンネルM
OSFET4のpウェル153、およびMOSコンデン
サの下部電極となるp領域154が形成されているが、
素子分離用の拡散領域の形成や埋込絶縁膜の形成をしな
くてもよく、構造が簡単で、製造が容易という特徴があ
る。
FIG. 5 shows another example of a conventional IPD. In the case of FIG. 5, unlike the case of FIG. 3, the wafer isolation structure is self-isolated, and no special element isolation region type is required. That is, the p body 151 of the power MOSFET 1 and the n channel M are formed on the n layer 31 formed on the n + substrate 11 which becomes the drain region of the power MOSFET 1.
Although the p-well 153 of the OSFET 4 and the p-region 154 serving as the lower electrode of the MOS capacitor are formed,
It is not necessary to form a diffusion region for element isolation or a buried insulating film, and is characterized by a simple structure and easy manufacture.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示したIPDの構造では素子分離領域が不要である特徴
を有するものの、図3の例の様にMOSコンデンサ3の
下部電極154にn型拡散層は使用できないため、p型
拡散層154を使用せざるを得ない。p型拡散層154
の代りにn型拡散層を用いると出力トランジスタである
パワーMOSFET1のn+ ドレイン領域11と共通に
なってしまうため不都合であるからである。
However, although the structure of the IPD shown in FIG. 5 is characterized in that the element isolation region is unnecessary, n-type diffusion is performed on the lower electrode 154 of the MOS capacitor 3 as in the example of FIG. Since the layer cannot be used, the p-type diffusion layer 154 must be used. p-type diffusion layer 154
This is because it is inconvenient to use an n-type diffusion layer instead of the above because it becomes common with the n + drain region 11 of the power MOSFET 1 which is an output transistor.

【0006】このp型拡散層154を他の拡散層の形成
と同時に形成しようとする場合、たとえば、nチャンネ
ルMOSFET4を形成するためのpウェル153を使
用することが考えられるが、pウェルの場合、比較的不
純物密度が低いため上部電極に−1V程度印加される
と、下部電極表面に反転層が形成されてしまい、容量が
変化してしまう不具合が生じる。また、パワーMOSF
ET1のpボディ151の拡散はポリシリコンゲートの
パターニング後に形成するため共通の工程としては使用
ができない。したがって、この構造ではMOSコンデン
サ下部電極専用のp型拡散層154の形成工程が独立に
必要となってしまうため、製造工程が増大するという問
題がある。
When this p-type diffusion layer 154 is to be formed simultaneously with the formation of another diffusion layer, for example, the p-well 153 for forming the n-channel MOSFET 4 may be used. However, since the impurity density is relatively low, when about -1 V is applied to the upper electrode, an inversion layer is formed on the surface of the lower electrode, which causes a problem that the capacitance changes. In addition, power MOSF
The diffusion of the p body 151 of ET1 cannot be used as a common process because it is formed after patterning the polysilicon gate. Therefore, this structure requires a separate step of forming the p-type diffusion layer 154 dedicated to the lower electrode of the MOS capacitor, which increases the number of manufacturing steps.

【0007】上記問題を鑑み、本発明の目的は、図5の
ような自己分離型のIPDであっても、何ら特別の工程
を追加することなく、簡単に同一半導体基板上にMOS
コンデンサを形成することが可能である半導体装置を提
供することである。
In view of the above problems, an object of the present invention is to easily form a MOS on the same semiconductor substrate without adding any special process even in the self-separation type IPD as shown in FIG.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of forming a capacitor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明による半導体装置の第1の特徴は図1に示
すように、第1導電型半導体基板31と、半導体基板3
1の下部に形成された第1導電型の第1主電極領域11
と、半導体基板31の上部の一部に形成された第2導電
型ボディ領域151と、第2導電型ボディ領域151の
上部表面に形成された第1導電型の第2主電極領域16
1を少なくとも具備するパワーMOSFET1と、半導
体基板31の上部の他の一部に形成されたMOSコンデ
ンサ3とから少なく共構成される自己分離型のパワーI
Cであって、MOSコンデンサ3は、パワーMOSFE
T1の第2導電型ボディ領域151の形成と同時に、互
いに隣接して形成された2つの第2導電型拡散領域15
5の横方向拡散の重なり領域を下部電極とすることであ
る。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention has a first conductivity type semiconductor substrate 31 and a semiconductor substrate 3 as shown in FIG.
First main electrode region 11 of the first conductivity type formed under 1
A second conductivity type body region 151 formed in a part of the upper portion of the semiconductor substrate 31, and a first conductivity type second main electrode region 16 formed on an upper surface of the second conductivity type body region 151.
1. A self-separation type power I that is composed of a power MOSFET 1 including at least 1 and a MOS capacitor 3 formed on another part of the upper portion of the semiconductor substrate 31.
C, the MOS capacitor 3 is a power MOSFE
Simultaneously with the formation of the second conductivity type body region 151 of T1, two second conductivity type diffusion regions 15 formed adjacent to each other are formed.
5 is to use the overlapping region of the lateral diffusion as the lower electrode.

【0009】ここで第1導電型とは、たとえばn型であ
り、第2導電型とは第1導電型と異なる導電型、すなわ
ちp型をいうが、pとnとを逆にしてもよいことはもち
ろんである。図1に示す構造はn型半導体基板31上に
p型ボディ領域(pボディ領域)151、p型拡散領域
155が形成された場合の一例である。また図1におい
てパワーMOSFETの第1主電極領域11とはドレイ
ン領域、第2主電極領域161とはソース領域を意味す
るが、ドレイン領域とソース領域とを逆にしてもよい。
また、半導体基板31はCZ法やFZ法で形成された比
抵抗50Ω−cm〜1000Ω−cm程度、厚さ150
〜600μmの半導体ウェハ(シリコンウェハ)でもよ
く、また比抵抗50Ω−cm〜1000Ω−cm程度、
厚さ30〜150μm程度のエピタキシャル基板でもよ
い。
Here, the first conductivity type is, for example, n-type, and the second conductivity type is a conductivity type different from the first conductivity type, that is, p-type, but p and n may be reversed. Of course. The structure shown in FIG. 1 is an example in which a p-type body region (p body region) 151 and a p-type diffusion region 155 are formed on an n-type semiconductor substrate 31. Further, in FIG. 1, the first main electrode region 11 of the power MOSFET means the drain region and the second main electrode region 161 means the source region, but the drain region and the source region may be reversed.
The semiconductor substrate 31 is formed by the CZ method or the FZ method and has a specific resistance of about 50 Ω-cm to 1000 Ω-cm and a thickness of 150.
A semiconductor wafer (silicon wafer) having a thickness of up to 600 μm, a specific resistance of about 50 Ω-cm to about 1000 Ω-cm,
An epitaxial substrate having a thickness of about 30 to 150 μm may be used.

【0010】本発明の第2の特徴は図1に示すようにパ
ワーMOSFET1と、MOSコンデンサ3とが第1導
電型半導体基板31上に少なく共集積化されたパワーI
Cであって、パワーMOSFET1は、半導体基板31
の下部に形成された第1導電型半導体領域11を第1の
主電極領域とし、半導体基板31の上部の一部に形成さ
れた2つの第2導電型ボディ領域151と、このボディ
領域151の上部表面に形成された、第1導電型の第2
の主電極領域161と、この2つのボディ領域151の
間の半導体基板31の上部に形成された第1のゲート酸
化膜171と、この第1のゲート酸化膜171の上部に
形成された第1のポリシリコンゲート電極181とを少
なくとも具備し、MOSコンデンサ3は、パワーMOS
FET1のボディ領域151の形成と同時に、互いに隣
接して形成された2つの第2導電型拡散領域155の横
方向拡散の重なり領域を下部電極とし、この下部電極
と、下部電極の上部に形成された第2のゲート酸化膜1
72と、第2のゲート酸化膜172の上部の第2ポリシ
リコンゲート電極182を少なくとも具備し、パワーM
OSFET1のボディ領域151およびMOSコンデン
サの第2導電型拡散領域155は、第1および第2のポ
リシリコンゲート電極181,182の開口部により、
自己整合的に形成された領域である半導体装置であるこ
とである。前述した第1の特徴と同様に、半導体基板3
1はCZ,FZ基板でもよくエピタキシャル基板でもよ
い。
The second feature of the present invention is that the power MOSFET 1 and the MOS capacitor 3 are integrated on the first conductivity type semiconductor substrate 31 in a small amount as shown in FIG.
C, the power MOSFET 1 has a semiconductor substrate 31
Of the first conductivity type semiconductor region 11 formed in the lower part of the first main electrode region and two second conductivity type body regions 151 formed in a part of the upper part of the semiconductor substrate 31, and the body region 151. The second of the first conductivity type formed on the upper surface
Main electrode region 161, a first gate oxide film 171 formed on the semiconductor substrate 31 between the two body regions 151, and a first gate oxide film 171 formed on the first gate oxide film 171. And a polysilicon gate electrode 181 of the power MOS.
Simultaneously with the formation of the body region 151 of the FET 1, an overlapping region of lateral diffusion of two second conductivity type diffusion regions 155 formed adjacent to each other is used as a lower electrode, and is formed on the lower electrode and the upper part of the lower electrode. Second gate oxide film 1
72 and at least a second polysilicon gate electrode 182 above the second gate oxide film 172, and a power M
The body region 151 of the OSFET 1 and the second conductivity type diffusion region 155 of the MOS capacitor are formed by the openings of the first and second polysilicon gate electrodes 181 and 182.
That is, the semiconductor device is a region formed in a self-aligned manner. Similar to the first feature described above, the semiconductor substrate 3
1 may be a CZ or FZ substrate or an epitaxial substrate.

【0011】本発明の第3の特徴は、図2に示すよう
に、前述した第2の特徴におけるパワーICが、さらに
半導体基板31上に形成された第1の第2導電型ウェル
領域153と、そのウェル領域153の内部に形成され
たソース領域163およびドレイン領域164とを少な
く共有するMOSトランジスタ4を具備し、MOSコン
デンサ3の第2導電型拡散領域155は、MOSトラン
ジスタ4の第1の第2導電型ウェル領域153の形成と
同時に形成された第2の第2導電型ウェル領域156の
内側に形成されていることである。第1導電型をn型と
すれば第2導電型ウェル領域153,156はp型ウェ
ル領域(pウェル領域)ということになり、MOSトラ
ンジスタ4はnチャンネルMOSFETということにな
るが、p型とn型とを全く逆にしてもよい。
As shown in FIG. 2, the third feature of the present invention is that the power IC according to the above-mentioned second feature is further formed into a first second conductivity type well region 153 formed on the semiconductor substrate 31. , The MOS transistor 4 sharing a small amount of the source region 163 and the drain region 164 formed inside the well region 153, and the second conductivity type diffusion region 155 of the MOS capacitor 3 is the first conductivity type diffusion region 155 of the MOS transistor 4. That is, it is formed inside the second second-conductivity-type well region 156 formed at the same time as the formation of the second-conductivity-type well region 153. If the first conductivity type is n-type, the second conductivity type well regions 153 and 156 are p-type well regions (p-well regions), and the MOS transistor 4 is an n-channel MOSFET. The n-type may be reversed.

【0012】本発明の第4の特徴は図1および図2に示
すように一導電型拡散領域155からなる下部電極と、
この拡散領域155上部の絶縁膜172と、絶縁膜17
2の上部の拡散領域155と同一導電型の不純物を少な
く共含むポリシリコン膜からなる上部電極182からな
るコンデンサ部3を有するパワーICであって、コンデ
ンサ部3の下部電極となる領域は、ポリシリコン膜18
2をマスクとしてポリシリコン膜182の両側から自己
整合的に、かつ互いに隣接して形成された2つの拡散領
域155の横方向拡散領域の重なり領域であることであ
る。図1、および図2においては一導電型拡散領域15
5はp型拡散領域155であるが、このp型拡散領域1
55はパワーICを構成する他の回路素子、たとえばパ
ワーMOSFET1のpボディ領域151をポリシリコ
ン膜181をマスクとして自己整合的に形成する時に、
同時に、ポリシリコン膜182をマスクとして自己整合
的に形成することができる。すなわち、コンデンサの上
部電極のポリシリコン膜182へのp型ドーピングと、
下部電極155へのp型ドーピングが同時に、かつパワ
ーMOSFETの工程を特別に増加させることなくでき
る。なお、ポリシリコン膜182はp型不純物を少なく
共含んでいればよいのであって、その後の工程でより高
濃度のn型不純物をドーピングすることによって全体と
してはn+ 型ドープドポリシリコン膜182となっても
よく、最初からn+ にドーピングされたポリシリコン
に、それよりも低濃度のp型不純物をドーピングしたも
のであってもよい。また最終的にはp+ のドーピングを
さらに行ってもよい。つまり最終的なポリシリコン膜1
82の導電型はnでもpでも良く、nにするかpにする
かはパワーIC全体の設計によって決めればよい。
A fourth feature of the present invention is that, as shown in FIGS. 1 and 2, a lower electrode formed of one conductivity type diffusion region 155,
The insulating film 172 on the diffusion region 155 and the insulating film 17
2 is a power IC having a capacitor section 3 including an upper electrode 182 made of a polysilicon film containing a small amount of impurities of the same conductivity type as the diffusion area 155 above, and a region serving as a lower electrode of the capacitor section 3 is Silicon film 18
2 is used as a mask and is an overlapping region of the lateral diffusion regions of two diffusion regions 155 formed in a self-aligned manner from both sides of the polysilicon film 182 and adjacent to each other. In FIG. 1 and FIG. 2, the one conductivity type diffusion region 15 is provided.
Reference numeral 5 is a p-type diffusion region 155.
Reference numeral 55 denotes another circuit element forming the power IC, for example, when the p body region 151 of the power MOSFET 1 is formed in a self-aligned manner using the polysilicon film 181 as a mask,
At the same time, the polysilicon film 182 can be formed as a mask in a self-aligned manner. That is, p-type doping of the polysilicon film 182 of the upper electrode of the capacitor,
The p-type doping of the lower electrode 155 can be performed at the same time without increasing the number of steps of the power MOSFET. It is sufficient that the polysilicon film 182 contains a small amount of p-type impurities, so that the n + -type doped polysilicon film 182 as a whole can be formed by doping a higher concentration of n-type impurities in the subsequent process. Alternatively, it may be a polysilicon doped with n + from the beginning and doped with a p-type impurity at a concentration lower than that. Further, finally, p + doping may be further performed. That is, the final polysilicon film 1
The conductivity type of 82 may be n or p, and whether it is n or p may be determined by the design of the entire power IC.

【0013】本発明の第5の特徴は図2に示すように、
コンデンサ部3の下部電極となる拡散領域155が一導
電型拡散領域155とは反対導電型の半導体領域31の
表面に形成された、一導電型と同一導電型のウェル領域
156中に形成されていることである。つまり、本発明
の第5の特徴によれば、パワーICを構成する他の回路
素子、たとえば、図2におけるnチャンネルMOSFE
T4のpウェル153の形成時に、同時にコンデンサ部
3のpウェル156を形成できるので、自己分離型のパ
ワーICであっても何ら特別の工程の増加を伴うことも
ない。
The fifth feature of the present invention is as shown in FIG.
A diffusion region 155 serving as a lower electrode of the capacitor unit 3 is formed in a well region 156 of the same conductivity type as the one conductivity type formed on the surface of the semiconductor region 31 of the conductivity type opposite to the one conductivity type diffusion region 155. It is that you are. That is, according to the fifth feature of the present invention, another circuit element constituting the power IC, for example, the n-channel MOSFE in FIG.
Since the p-well 156 of the capacitor section 3 can be formed at the same time when the p-well 153 of T4 is formed, even a self-separation type power IC does not involve any additional steps.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係る自己分離型IPDの断面図である。本発明の第1
の実施の形態に係るIPDはパワーMOSFET1のド
レイン領域となる比抵抗0.01〜0.02Ω−cmの
FZもしくはCZ基板であるn+ 基板の上にエピタキシ
ャル成長により形成された不純物密度1013〜1016
-3、厚さ30〜150μmのn層31の上部に形成さ
れたpボディ151の内部にパワーMOSFET1のn
+ ソース領域161が形成され、2つのpボディ151
の間のn層(エピタキシャル基板)31の表面にゲート
酸化膜171が形成され、その上にポリシリコンからな
るパワーMOSFET1のゲート電極181が形成され
ている。なお、前述したように比抵抗50〜1000Ω
−cm、厚さ30〜150μmのCZもしくはFZウェ
ハをn層31として用い、このCZもしくはFZウェハ
の裏面に拡散又はエピタキシャル成長により不純物密度
1×1018〜1×1020cm-3のn+ 領域11を形成し
てもよい。さらにn層の表面の一部にはpウェル153
が形成され、その内部にn+ ソース領域163、n+
レイン領域164が形成され、nチャンネルMOSFE
T4を構成している。n+ ソース領域163とn+ ドレ
イン領域164との間のpウェル153の表面にはゲー
ト酸化膜173とポリシリコンゲート電極183が形成
されている。さらに図1の左側に示すようにn層31の
表面上であって、パワーMOSFET1およびnチャン
ネルMOSFET4が形成されていない部分にMOSコ
ンデンサ3が形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a self-separation type IPD according to a first embodiment of the present invention. First of the present invention
In the IPD according to the embodiment of the present invention, the impurity density 10 13 to 10 13 is formed by epitaxial growth on an n + substrate which is a FZ or CZ substrate having a specific resistance of 0.01 to 0.02 Ω-cm to be the drain region of the power MOSFET 1. 16 c
m −3 , the n of the power MOSFET 1 is provided inside the p body 151 formed on the n layer 31 having a thickness of 30 to 150 μm.
A + source region 161 is formed, and two p bodies 151 are formed.
A gate oxide film 171 is formed on the surface of the n layer (epitaxial substrate) 31 between them, and a gate electrode 181 of the power MOSFET 1 made of polysilicon is formed thereon. As described above, the specific resistance is 50 to 1000Ω.
A CZ or FZ wafer having a thickness of -cm and a thickness of 30 to 150 μm is used as the n layer 31, and an n + region having an impurity density of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 is formed on the back surface of the CZ or FZ wafer by diffusion or epitaxial growth. 11 may be formed. Further, a p well 153 is formed on a part of the surface of the n layer.
Is formed, and an n + source region 163 and an n + drain region 164 are formed therein, and an n-channel MOSFE is formed.
It constitutes T4. A gate oxide film 173 and a polysilicon gate electrode 183 are formed on the surface of the p well 153 between the n + source region 163 and the n + drain region 164. Further, as shown on the left side of FIG. 1, the MOS capacitor 3 is formed on the surface of the n layer 31 where the power MOSFET 1 and the n channel MOSFET 4 are not formed.

【0015】本発明の第1の実施の形態のIPDを構成
するMOSコンデンサ3は、n層31の表面に隣接して
形成された2つのpボディ155の横方向拡散が重なり
あった部分の表面にゲート酸化膜172およびポリシリ
コンゲート電極182が形成されている。すなわち、ポ
リシリコンゲート電極182がMOSコンデンサの上部
電極となり、pボディ155が下部電極となっている。
図5に示した従来技術においてはp型拡散層154形成
のための独立した工程が必要であり、工程が複雑化する
という欠点に加え、単独のp型拡散層154の上部にM
OSコンデンサが形成されていたため、表面の不純物密
度が低いため、上部電極に電圧が印加されると、pボデ
ィ154の表面に反転層が形成され、容量が変化してし
まうという問題があったが、本発明の第1の実施の形態
によれば、2つのpボディ(p型拡散層)の横方向の拡
散が重なり合うため、単独のp型拡散層154の場合に
比して表面不純物密度が高くなり、反転層が形成されに
くくなる。しかもパワーMOSFET1のpボディ15
1の拡散時に、MOSコンデンサ3のpボディ155も
同時に形成すればよいので工程数は増大しない。つまり
パワーMOSFET1のポリシリコンゲート181のパ
ターニングの後でも、ポリシリコンゲート181と同時
にパターニングしたポリシリコン電極182をパターン
をマスクとして、自己整合的に下部電極領域となるpボ
ディ155を形成することができる。たとえばポリシリ
コン電極182のパターンをマスクとして11+ を加速
電圧Vac=45−100keV、ドーズ量Φ=1×10
13〜1×1014でイオン注入すればよい。ポリシリコン
ゲート電極182の幅は2つのpボディ155が、パワ
ーMOSFET1のpボディ151を所定の深さまで縦
方向に拡散する場合に、必然的に生じる横方向拡散で重
なり合うように所定の寸法、たとえば2〜5μm程度に
選んでおけばよい。なお、パワーMOSFET1のゲー
トの幅は、例えば4〜10μmとすればよい。次に、p
ボディ155の形成後、パワーMOSFET1の層間絶
縁膜19となるSiO2 あるいはPSGをCVDし、そ
の後たとえば1μm程度の合わせ余裕で、pボディ15
5にコンタクトホールを開口し、パワーMOSFET1
のソース電極211のメタライゼーション工程と同時
に、MOSコンデンサ3の上部電極262を形成すれば
よい。
In the MOS capacitor 3 constituting the IPD of the first embodiment of the present invention, the surface of the portion where the lateral diffusions of the two p bodies 155 formed adjacent to the surface of the n layer 31 overlap each other. A gate oxide film 172 and a polysilicon gate electrode 182 are formed on the substrate. That is, the polysilicon gate electrode 182 serves as the upper electrode of the MOS capacitor, and the p body 155 serves as the lower electrode.
The conventional technique shown in FIG. 5 requires an independent process for forming the p-type diffusion layer 154, which complicates the process.
Since the OS capacitor is formed and the impurity density on the surface is low, there is a problem that when a voltage is applied to the upper electrode, an inversion layer is formed on the surface of the p body 154 and the capacitance changes. According to the first embodiment of the present invention, since the lateral diffusions of the two p bodies (p type diffusion layers) overlap each other, the surface impurity density is lower than that of the single p type diffusion layer 154. It becomes high, and it becomes difficult to form the inversion layer. Moreover, the p body 15 of the power MOSFET 1
Since the p body 155 of the MOS capacitor 3 may be formed at the same time when 1 is diffused, the number of steps does not increase. That is, even after the patterning of the polysilicon gate 181 of the power MOSFET 1, the p-body 155 serving as the lower electrode region can be formed in a self-aligned manner by using the pattern of the polysilicon electrode 182 patterned simultaneously with the polysilicon gate 181 as a mask. . For example, using the pattern of the polysilicon electrode 182 as a mask, 11 B + is used for the acceleration voltage V ac = 45-100 keV and the dose amount Φ = 1 × 10.
Ions may be implanted at 13 to 1 × 10 14 . The width of the polysilicon gate electrode 182 has a predetermined dimension, for example, such that the two p bodies 155 overlap each other in the lateral diffusion that naturally occurs when the p body 151 of the power MOSFET 1 is vertically diffused to a predetermined depth. It may be selected in the range of 2 to 5 μm. The width of the gate of the power MOSFET 1 may be, for example, 4 to 10 μm. Then p
After the body 155 is formed, SiO 2 or PSG which will be the interlayer insulating film 19 of the power MOSFET 1 is CVD-formed, and then the p body 15 is formed with an alignment margin of, for example, about 1 μm.
Open a contact hole in 5, and power MOSFET 1
The upper electrode 262 of the MOS capacitor 3 may be formed at the same time as the source electrode 211 metallization step.

【0016】図2は本発明の第2の実施の形態に係る自
己分離型IPDの断面図である。本発明の第2の実施の
形態に係るIPDはパワーMOSFET1のドレイン領
域となるn+ 基板の上にエピタキシャル成長により形成
されたn層31の上部に形成されたpボディ151の内
部にパワーMOSFET1のn+ ソース領域161が形
成され、2つのpボディ151の間のn層31の表面に
ゲート酸化膜171が形成され、その上にポリシリコン
からなるパワーMOSFET1のゲート電極181が形
成されている。なお、n層31はCZ基板又はFZ基板
とし、n+ 領域11を拡散又はエピタキシャル成長によ
って形成してもよい。CZ,FZ基板とするかエピタキ
シャル基板とするかはパワーICの耐圧やスイッチング
スピード、オン電圧等に応じて設計すればよい。さらに
n層の表面の一部にはpウェル153が形成され、その
内部にn+ ソース領域163、n+ ドレイン領域164
が形成され、nチャンネルMOSFET4を構成してい
る。n+ ソース領域163とn+ ドレイン領域164と
の間のpウェル153の表面にはゲート酸化膜173と
ポリシリコンゲート電極183が形成されている。さら
に図2の左側に示すようにn層31の表面であって、パ
ワーMOSFET1およびnチャンネルMOSFET4
が形成されていない部分にpウェル156が形成され、
その表面にMOSコンデンサ3が形成されている。すな
わち、本発明の第2の実施の形態のIPDを構成するM
OSコンデンサ3は、pウェル156の表面に隣接して
形成された2つのpボディ155の横方向拡散が重なり
あった部分の表面にゲート酸化膜172およびポリシリ
コンゲート電極182が形成されている。そして本発明
の第1の実施の形態と同様にポリシリコンゲート電極1
82がMOSコンデンサの上部電極となり、pボディ1
55が下部電極となっている。単独のpボディ154の
上部にMOSコンデンサを形成した場合には、表面の不
純物密度が低いため、上部電極に電圧が印加されると、
pボディ154の表面に反転層が形成され、容量が変化
してしまうという問題があったことはすでに前述した通
りであるが、本発明の第2の実施の形態によれば、2つ
のpボディの横方向の拡散が重なり合い、さらにpウェ
ル156の不純物密度も重なり合うため、単独のpボデ
ィの場合に比して表面不純物密度が高くなり、反転層が
形成されにくくなる。しかもnチャンネルMOSFET
4のpウェル153の形成時に、MOSコンデンサ3の
pウェル156を形成し、パワーMOSFET1のpボ
ディ151の拡散時に、MOSコンデンサ3のpボディ
155も同時に形成すればよいので工程数は増大しな
い。
FIG. 2 is a sectional view of a self-separating IPD according to the second embodiment of the present invention. In the IPD according to the second embodiment of the present invention, n of the power MOSFET 1 is formed inside a p body 151 formed on an n layer 31 formed by epitaxial growth on an n + substrate which is a drain region of the power MOSFET 1. A + source region 161 is formed, a gate oxide film 171 is formed on the surface of the n layer 31 between the two p bodies 151, and a gate electrode 181 of the power MOSFET 1 made of polysilicon is formed thereon. The n layer 31 may be a CZ substrate or an FZ substrate, and the n + region 11 may be formed by diffusion or epitaxial growth. Whether to use the CZ or FZ substrate or the epitaxial substrate may be designed according to the breakdown voltage of the power IC, the switching speed, the ON voltage, and the like. Further, a p well 153 is formed on a part of the surface of the n layer, and an n + source region 163 and an n + drain region 164 are formed inside the p well 153.
Are formed to form the n-channel MOSFET 4. A gate oxide film 173 and a polysilicon gate electrode 183 are formed on the surface of the p well 153 between the n + source region 163 and the n + drain region 164. Further, as shown on the left side of FIG. 2, the power MOSFET 1 and the n-channel MOSFET 4 are provided on the surface of the n-layer 31.
P-well 156 is formed in a portion where
The MOS capacitor 3 is formed on the surface thereof. That is, M that constitutes the IPD of the second embodiment of the present invention
In the OS capacitor 3, the gate oxide film 172 and the polysilicon gate electrode 182 are formed on the surface of the portion where the lateral diffusions of the two p bodies 155 formed adjacent to the surface of the p well 156 overlap. Then, like the first embodiment of the present invention, the polysilicon gate electrode 1
82 is the upper electrode of the MOS capacitor, and p body 1
55 is the lower electrode. When a MOS capacitor is formed on a single p body 154, the impurity density on the surface is low, so that when a voltage is applied to the upper electrode,
As described above, there is a problem that the inversion layer is formed on the surface of the p body 154 and the capacitance changes, but according to the second embodiment of the present invention, two p bodies are formed. Of the p-well 156, the surface impurity density is higher than that of a single p-body, and the inversion layer is less likely to be formed. Moreover, n-channel MOSFET
Since the p well 156 of the MOS capacitor 3 is formed when the p well 153 of No. 4 is formed and the p body 155 of the MOS capacitor 3 is also formed at the same time when the p body 151 of the power MOSFET 1 is diffused, the number of steps does not increase.

【0017】なお、本発明は自己分離型のパワーIC以
外の、pn接合分離型パワーICや、絶縁分離型パワー
ICに適用してもよいことはもちろんである。又以上の
説明でpとnとを全く逆にしてもよいことも、もちろん
である。
It is needless to say that the present invention may be applied to a pn junction separation type power IC and an insulation separation type power IC other than the self-separation type power IC. Also, it goes without saying that p and n may be reversed in the above description.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明によれば、自己分離型のパワーI
Cであっても、MOSコンデンサの下部電極領域として
用いるp型拡散層を、同一半導体チップ上の他の領域に
同時に形成するパワーMOSFETやnチャンネルMO
SFETのプロセスにおける拡散工程等と同時に形成す
ることが可能になり、従来技術の問題点であった工程数
の追加が不要となる。そのため、製造コストを低減し、
製造歩留りも向上することができる。
According to the present invention, the self-separation type power I
Even in the case of C, a p-type diffusion layer used as a lower electrode region of a MOS capacitor is simultaneously formed in another region on the same semiconductor chip to form a power MOSFET or an n-channel MO.
It becomes possible to form the SFET simultaneously with the diffusion step in the process, and it is not necessary to add the number of steps, which is a problem of the conventional technology. Therefore, the manufacturing cost is reduced,
The manufacturing yield can also be improved.

【0019】特に、本発明は自己分離型パワーICに適
用できるので、ICの構造が簡略化され、製造工程が単
純化され、製造コストの削減、歩留りの向上に大きな効
果を奏する。
In particular, since the present invention can be applied to a self-separation type power IC, the structure of the IC is simplified, the manufacturing process is simplified, and the manufacturing cost is reduced and the yield is greatly improved.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るIPDの断面
の模式図である。
FIG. 1 is a schematic view of a cross section of an IPD according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係るIPDの断面
の模式図である。
FIG. 2 is a schematic view of a cross section of an IPD according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の接合分離技術を用いたIPDの断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view of an IPD using a conventional junction separation technique.

【図4】図3に示したIPDに用いられているMOSコ
ンデンサ部の拡大断面図である。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a MOS capacitor unit used in the IPD shown in FIG.

【図5】従来の自己分離技術を用いたIPDの構造を示
す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a structure of an IPD using a conventional self-separation technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パワーMOSFET 2 npnバイポーラトランジスタ 3 MOSコンデンサ 4 nチャンネルMOSFET 11 n+ 領域 12 p層 17 フィールド酸化膜(熱酸化膜) 19 層間絶縁膜 31 n層(半導体基板) 131,132,133 n+ 埋め込み層 138,139 ディープn+ 領域 141,142,143 nウェル 151,155 pボディ 152 pベース 153,156 pウェル領域 154 p型拡散層 161,163 n+ ソース領域 162 n+ エミッタ領域 164 n+ ドレイン領域 171,173 MOSFETのゲート酸化膜 172 MOSコンデンサのゲート酸化膜 181,182,183 ポリシリコン・ゲート電極 211,212 ソース電極 213 ドレイン電極 221 エミッタ電極 231 ベース電極 241 コレクタ電極 251,261,262 MOSコンデンサの金属電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 power MOSFET 2 npn bipolar transistor 3 MOS capacitor 4 n channel MOSFET 11 n + region 12 p layer 17 field oxide film (thermal oxide film) 19 interlayer insulating film 31 n layer (semiconductor substrate) 131, 132, 133 n + buried layer 138, 139 deep n + region 141, 142, 143 n well 151, 155 p body 152 p base 153, 156 p well region 154 p type diffusion layer 161, 163 n + source region 162 n + emitter region 164 n + drain region 171,173 MOSFET gate oxide film 172 MOS capacitor gate oxide film 181,182,183 Polysilicon gate electrodes 211,212 Source electrode 213 Drain electrode 221 Emitter electrode 231 Base electrode 241 Collector electrode 251 , 261,262 MOS capacitor metal electrodes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 27/04 H01L 27/06 H01L 21/822 H01L 21/8234 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 27/04 H01L 27/06 H01L 21/822 H01L 21/8234

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、該半導体基
板の下部に形成された第1導電型の第1主電極領域と、
該半導体基板の上部の一部に形成された第2導電型ボデ
ィ領域と、該第2導電型ボディ領域の上部表面に形成さ
れた第1導電型の第2主電極領域とを少なくとも具備す
るパワーMOSFETと、該半導体基板の上部の他の一
部に形成されたMOSコンデンサとから少なく共構成さ
れるパワーICであって、 該MOSコンデンサは、該パワーMOSFETの第2導
電型ボディ領域の形成時に同時に、互いに隣接して形成
された2つの第2導電型拡散領域の横方向拡散の重なり
領域を下部電極とすることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, and a first main electrode region of a first conductivity type formed under the semiconductor substrate,
A power having at least a second conductivity type body region formed on a part of an upper portion of the semiconductor substrate and a first conductivity type second main electrode region formed on an upper surface of the second conductivity type body region. A power IC comprising a small amount of a MOSFET and a MOS capacitor formed on another part of the upper part of the semiconductor substrate, wherein the MOS capacitor is formed when the second conductivity type body region of the power MOSFET is formed. At the same time, the semiconductor device is characterized in that an overlapping region of lateral diffusion of two second conductivity type diffusion regions formed adjacent to each other is used as a lower electrode.
【請求項2】 パワーMOSFETと、MOSコンデン
サとが第1導電型半導体基板上に少なく共集積化された
パワーICであって、 該パワーMOSFETは該半導体基板の下部に形成され
た第1導電型半導体領域を第1の主電極領域とし、該半
導体基板の上部の一部に形成された2つの第2導電型ボ
ディ領域と、該ボディ領域の上部表面に形成された、第
1導電型の第2の主電極領域と、該2つのボディ領域の
間の該半導体基板の上部に形成された第1のゲート酸化
膜と、該第1のゲート酸化膜の上部に形成された第1の
ポリシリコンゲート電極とを少なくとも具備し、 該MOSコンデンサは、該ボディ領域の形成と同時に、
互いに隣接して形成された2つの第2導電型拡散領域の
横方向拡散の重なり領域を下部電極とし、該下部電極
と、該下部電極の上部に形成された第2のゲート酸化膜
と、該第2のゲート酸化膜の上部の第2のポリシリコン
ゲート電極を少なくとも具備し、 該ボディ領域、該第2導電型拡散領域は、該第1および
第2のポリシリコンゲート電極の開口部により、自己整
合的に形成された領域であることを特徴とする半導体装
置。
2. A power IC in which a power MOSFET and a MOS capacitor are co-integrated in a small amount on a first conductivity type semiconductor substrate, the power MOSFET being a first conductivity type formed under the semiconductor substrate. Using the semiconductor region as a first main electrode region, two second conductivity type body regions formed in a part of the upper portion of the semiconductor substrate and a first conductivity type first region formed on the upper surface of the body region. Second main electrode region, a first gate oxide film formed on the semiconductor substrate between the two body regions, and a first polysilicon film formed on the first gate oxide film. At least a gate electrode, the MOS capacitor is formed at the same time as the formation of the body region,
An overlapping region of lateral diffusion of two second conductivity type diffusion regions formed adjacent to each other is used as a lower electrode, the lower electrode, a second gate oxide film formed on the lower electrode, and At least a second polysilicon gate electrode on the second gate oxide film is provided, and the body region and the second conductivity type diffusion region are formed by the openings of the first and second polysilicon gate electrodes. A semiconductor device, which is a region formed in a self-aligned manner.
【請求項3】 前記パワーICが、さらに、前記半導体
基板上に形成された第1の第2導電型ウェル領域と、そ
のウェル領域の内部に形成された第1導電型のソース領
域およびドレイン領域とを少なく共有するMOSトラン
ジスタを具備し、 前記第2導電型拡散領域は、該第1の第2導電型ウェル
領域の形成と同時に形成された第2の第2導電型ウェル
領域の内部に形成されていることを特徴とする請求項2
記載の半導体装置。
3. The power IC further comprises a first second conductivity type well region formed on the semiconductor substrate, and a first conductivity type source region and drain region formed inside the well region. And a second common conductivity type diffusion region formed inside the second second conductivity type well region formed at the same time as the formation of the first second conductivity type well region. 3. The method according to claim 2, wherein
The semiconductor device described.
【請求項4】 一導電型拡散領域からなる下部電極と、
該拡散領域の上部の絶縁膜と、該絶縁膜の上部の該拡散
領域と同一導電型の不純物を少なく共含むポリシリコン
膜からなる上部電極とからなるコンデンサ部を有するパ
ワーICであって、 該下部電極となる領域は、該ポリシリコン膜をマスクと
して自己整合的に、かつ互いに隣接して形成された2つ
の拡散領域の横方向拡散領域の重なり領域であることを
特徴とする半導体装置。
4. A lower electrode composed of one conductivity type diffusion region,
What is claimed is: 1. A power IC comprising: a capacitor portion having an insulating film above the diffusion region and an upper electrode made of a polysilicon film containing a small amount of impurities of the same conductivity type as the diffusion region above the insulating film; The semiconductor device is characterized in that the region to be the lower electrode is a region where two diffusion regions formed adjacent to each other in a self-aligned manner with the polysilicon film as a mask overlap each other in the lateral diffusion region.
【請求項5】 前記一導電型拡散領域が拡散領域とは
反対導電型の半導体領域の表面に形成された、前記一導
電型と同一導電型のウェル領域中に形成されていること
を特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
Characterized in that wherein said one conductivity type diffusion region is formed on the opposite conductivity type formed on the surface of the semiconductor region, in the well region of the one conductivity type and the same conductivity type as the diffusion region The semiconductor device according to claim 4 .
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