JP3694918B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、SOI(Silicon On Insulator)構造を有する高耐圧素子を構成する半導体装置に係り、特にフラットパネルディスプレイ、とりわけエレクトロルミネッセンス(EL;Electro Luminescence) ディスプレイやプラズマディスプレイ等に用いられる高電圧で複数の出力段を有するディスプレイ駆動ICを構成する高耐圧素子或いは車載用モータ駆動ICを構成する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば電界効果型トランジスタにおいて素子の耐圧を向上させる技術として、図2に示されるように、ゲートとドレインの間に厚いLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)酸化膜30を形成し、ゲート・ドレイン間の電界を緩和するようにしたものがある。
【0003】
この種の電界緩和として、例えば特開平1−103851号公報では、SOI基板の下層に低濃度(但し、その上層のSOI層よりは濃度が高い)の電界緩和層を設けるようにしたことを特徴とする「高耐圧半導体素子」に関する技術が開示されている。以下、図3を参照して当該技術について説明する。
【0004】
この技術は、シリコン層54の中央部にチャネル領域となるp型層58が形成され、このp型層58内にソース領域となるn+ 型層59a,bが形成され、p型層58のn+ 型層59a,bとシリコン層54の間にゲート絶縁膜56を介してゲート電極57が形成されている。p型層58から僅かな距離離れてゲート電極57下のシリコン層54表面にp- 型層60a,bが形成され、シリコン層54の周辺部にはドレイン領域となるn+ 型層61a,61b,62a,62bが形成されている。n+ 型層61a,bにはドレイン電極である第1の電極63a,bが、p型層58およびn+ 型層59a,bにはソース電極となる第2の電極64が形成されている。高抵抗シリコン層54の底部の酸化膜52に接する領域にn- 型層55が形成されている。
【0005】
このような構成において、第1の電極63a,bに、第2の電極64に対して正となるドレイン電圧を印加して動作させる。ゲート電圧が零又は負でp型層58にチャネルが形成されないオフ状態では、P型層58から伸びる空乏層は容易にp− 型層60a,bに達する。ドレイン・ソース間の電圧は空乏化したシリコン層54,60a,b及びn− 型層55により縦方向と横方向に分担されるため、高耐圧特性が得られる。即ち、この技術では、素子に印加される逆方向の高電圧の一部を電界緩和層に分担させることで、素子に印加される電圧の一部が埋め込み酸化膜に有効に分担され、高電圧が達成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来技術では、SOI半導体基板の下部に用いられた低濃度な電界緩和層と埋め込み酸化膜とにより高電圧を支えているが、当該技術により上記ELディスプレイ駆動用のICを構成しようとすると、上記高耐圧素子で大電流を出力した場合にSOI領域に発熱が起こる。そして、このSOI領域の埋め込み酸化膜が熱伝導率がSi半導体に比べ1/100と小さい為、発生した熱がSOI領域にこもり易く、ICの温度が上昇してしまう。この温度上昇を防ぐために、高耐圧素子を大きくして高耐圧素子の電気抵抗を小さくし、電流の2乗と電気抵抗値の積によって決まる発熱を減らす方法も考えられるが、当該方法ではICの面積が大きくなり歩留まり、コスト的に不便である。
【0007】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、相補型トランジスタなどの高耐圧化、発熱対策、ノイズ干渉等に優れた高耐圧・高集積化が可能な半導体装置を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体装置は、第1の導電型半導体基板と、上記第1の導電型半導体基板上に積層される不純物濃度が1×1014cm-3以下である第2の導電型半導体基板と、上記第1及び第2の導電型半導体基板の積層面の所定位置に部分的に配設される第1の絶縁膜と、上記第2の導電型半導体基板に設けられる所定の溝に配設される第2の絶縁膜とを具備し、上記第2の導電型半導体基板を上記第2の絶縁膜により複数の領域に分割し、上記第1の絶縁膜が配設されていない上記第2の導電型半導体基板の第1の領域に高電力素子を形成し、上記第1の絶縁膜が配設されている上記第2の導電型半導体基板の第2の領域に論理素子を形成し、更に上記高電力素子として上記第2の導電型半導体基板の上部に電流通路となる第1導電型もしくは第2導電型のドリフト領域を配設した構造とする、ことを特徴とする。
【0009】
【作用】
即ち、本発明の一態様による半導体装置では、上記第1の導電型半導体基板上に不純物濃度が1×1014cm-3以下である第2の導電型半導体基板が積層され、第1の絶縁膜が上記第1及び第2の導電型半導体基板の積層面の所定位置に部分的に配設され、第2の絶縁膜が上記第2の導電型半導体基板に設けられる所定の溝に配設され、上記第2の導電型半導体基板が上記第2の絶縁膜により複数の領域に分割され、上記第1の絶縁膜が配設されていない上記第2の導電型半導体基板の第1の領域に高電力素子が形成され、上記第1の絶縁膜が配設されている上記第2の導電型半導体基板の第2の領域に論理素子が形成され、更に上記高電力素子として上記第2の導電型半導体基板の上部に電流通路となる第1導電型もしくは第2導電型のドリフト領域が配設される。
【0010】
【実施例】
以下、図1を参照して本発明の実施例に係る半導体装置について説明する。
同図に示されるように、P型シリコン(Si)半導体基板上1に不純物(ドナー)濃度が1×1014cm-3以下の低濃度のN型Si半導体基板(以下、i基板と称する)2a〜2cを厚さ略10μmで積層している。論理素子を形成すべき領域で且つ上記i基板2aの底部あたる位置には、厚さ略2μmの埋め込み酸化膜(SiO2 )3を配設する。同様に、上記i基板2aの表面から上記埋め込み酸化膜3に達する深さの溝及びその側面には、厚さ0.5μmの酸化膜4a,4bを素子の積層方向に垂直な方向に分離する目的で形成する。
【0011】
この酸化膜3内には、更に酸化膜絶縁体5a,5bを設けて上記垂直な方向に分離している。こうして分離された上記P型Si半導体基板1とi基板2a〜2cの境界に上記酸化膜3が無い直接接合領域100には高耐圧素子を設け、酸化膜3があるSOI領域200には論理制御素子を設けた構造とする。さらに、上記直接接合領域100には、複数の高耐圧素子を配設すべく溝が設けられ、更にその溝に酸化膜4c,4dが設けられ、該酸化膜内には酸化膜絶縁体5c,5dが設けられている。
【0012】
このように直接接合領域100が複数に分離されているので、高耐圧素子として、Nチャネル型、Pチャネル型、或いは両タイプの電界効果型トランジスタ(FET;Field Effect Transistor)などを設けることが可能となる。装置を高耐圧化且つ高集積化するためには上記直接接合領域100に設けられた電界効果型トランジスタのソース・ドレイン間における電界を局所的に集中することなく緩和させる必要があるが、上記i基板2b,2cを用いることで空乏層を拡がり易くなり、上記電界を緩和することが可能となる。更には、上記高耐圧トランジスタにおいてNチャネルとPチャネルの両立化のためには各々のドリフト領域よりも低濃度な基板が必要となるが、上記i基板を用いればこれも可能となる。
【0013】
以下、この半導体装置の実際の製造工程について説明する。先ず、上記P型Si半導体基板1とi基板2を直接接合技術を用いて貼り合わせる。即ち2枚の基板1,2を鏡面研磨しておき、その研磨面同士を清浄な雰囲気下で密着させ、所定の熱処理を加えることにより一体化する。このとき、i基板2の所定領域には酸化膜3を形成しておく。次に、フォトエッチングにより素子分離溝を形成し、島状に分離されたi基板2a〜2cの上面にN型Si半導体基板6、P型Si半導体基板7、N型Si半導体基板8を形成する。
【0014】
i基板上2aには、Pウェルの領域となるパターンをフォトレジストにより形成した後、Pウェル層9を形成する。そして、当該Pウェル層9にP+ 型層10、N+ 型層11,12を拡散形成し、電極S1,D1を形成し、Nチャネル型トランジスタを形成する。同様に、N型Si半導体基板6上にP+ 型層13,14、N+ 型層15を拡散形成し、電極S2,D2を形成し、Pチャネル型トランジスタを形成する。こうしてSOI領域200に論理制御素子が形成される。
【0015】
一方、i基板上2bには、Nウェルの領域となるパターンをフォトレジストにより形成した後、Nウェル層16を形成し、当該Nウェル層16にソース領域となるP+ 型層17、N+ 型層18を拡散形成し、P型Si半導体基板7上にドレイン領域となるP+ 型層19を拡散形成し、電極S3,G3,D3をそれぞれ形成する。こうして、i基板2b上にPチャネル型トランジスタが形成される。
【0016】
i基板上2cには、Pウェルの領域となるパターンをフォトレジストにより形成した後、Pウェル層20を形成し、当該Pウェル層20にソース領域となるP+ 型層21,N+ 型層22を拡散形成し、N型Si半導体基板上にドレイン領域となるN+ 型層23を拡散形成し、電極S4,G4,D4を形成する。こうして、i基板2c上にNチャネル型トランジスタが形成される。
【0017】
前述したようにi基板2をSOI構造に用いてしまうと、高耐圧素子領域に発生した熱は、熱伝導率の低い酸化膜の存在の為に籠ってしまい温度上昇しやすくなるが、上記直接接合領域100に高耐圧素子を形成することにより放熱性を良くすることができる。尚、i基板2は電気伝導率は小さいが、熱伝導率は通常のSi基板程度であり、酸化膜よりは十分高い。
【0018】
以上説明したように、半導体素子の高耐圧且つ高集積化のためには、高耐圧素子のソース・ドレイン間における電界を局所的に集中することなく緩和させる必要があるが、本発明では、上記低濃度半導体層を用いることでソース・ドレイン間の空乏層を拡がり易くし、上記電界を緩和することができる。
【0019】
さらに、上記低濃度の半導体層(i基板)は電気伝導率は低いが、格子振動が支配的な熱伝導率は酸化膜に比べて100倍近いため、高耐圧素子の発熱を逃し易くすることができる。即ち、上記i基板は電界緩和と放熱の両方に効果的な役割をすることになる。
【0020】
また、高耐圧電界効果型素子として、NチャネルとPチャネルを両立させようとすると、薄い濃度のP型拡散層と同じくN型拡散層の両方が必要となるが、上記低濃度の半導体層を用いることにより、高耐圧のNチャネル型、Pチャネル型FETの両方を形成することが容易になる。
【0021】
尚、本発明の半導体装置は前述した実施例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。例えば、上記実施例では、P型Si半導体基板の上に不純物濃度が1×1014cm-3以下であるN型Si半導体基板(i基板)を積層する構造としたが、N型Si半導体基板の上に不純物濃度が1×1014cm-3以下であるP型Si半導体基板を積層する構造としてもよい。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱性に優れ、高耐圧・高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図2】従来技術に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図3】従来技術に係る半導体装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1,7…P型Si半導体基板
2,2a,2b,2c,6,8…N型Si半導体基板
3,4a,4b,4c,4d…酸化膜
5a,5b,5c,5d…酸化膜絶縁体
9,20…Pウェル層
16…Nウェル層
10,13,14,17,19,21…P+ 層
11,12,15,18,22,23…N+ 層
100…直接接合領域、200…SOI領域
Claims (1)
- 第1の導電型半導体基板と、上記第1の導電型半導体基板上に積層される不純物濃度が1×1014cm-3以下である第2の導電型半導体基板と、上記第1及び第2の導電型半導体基板の積層面の所定位置に部分的に配設される第1の絶縁膜と、上記第2の導電型半導体基板に設けられる所定の溝に配設される第2の絶縁膜とを具備し、
上記第2の導電型半導体基板を上記第2の絶縁膜により複数の領域に分割し、上記第1の絶縁膜が配設されていない上記第2の導電型半導体基板の第1の領域に高電力素子を形成し、上記第1の絶縁膜が配設されている上記第2の導電型半導体基板の第2の領域に論理素子を形成し、更に上記高電力素子として上記第2の導電型半導体基板の上部に電流通路となる第1導電型もしくは第2導電型のドリフト領域を配設した構造とする、ことを特徴とする半導体装置。
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