JP4600563B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、１つの半導体基板に複数の素子が形成された半導体装置及びその製造方法に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、１つの半導体基板に複数の素子が形成された半導体装置（複合ＩＣ）が提案されている。特許文献１に示される半導体装置では、半導体基板として、シリコン基板上に埋め込み絶縁膜（シリコン酸化膜）を介して薄膜のシリコン層が配置されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を採用している。そして、埋め込み絶縁膜に到達するトレンチがシリコン層に形成され、該トレンチ内にシリコン酸化膜を介してポリシリコンが充填され、絶縁分離トレンチが構成されている。この絶縁分離トレンチ及び埋め込み絶縁膜により、シリコン層に複数の素子形成領域が区画され、素子形成領域に、アップドレインＭＯＳＦＥＴ、ＮＰＮトランジスタ、ＣＭＯＳを構成するｎＭＯＳ，ｐＭＯＳなどの素子がそれぞれ形成されている。
特開２００１−６０６３４号公報

ところで、ＳＯＩ基板の場合、絶縁分離トレンチ及び埋め込み絶縁膜により、シリコン層に複数の素子形成領域を区画形成することができるため、対をなす電極が基板表面の一方にまとめて配置された片面電極素子の形成には適している。しかしながら、埋め込み絶縁膜によって半導体基板の厚さ方向に流れる電流が遮られるため、縦型ＭＯＳトランジスタ素子やＩＧＢＴ素子のように、大電流の電力用途で用いられ、これら素子を駆動するための対をなす電極が半導体基板の両側の表面に分けて配置された両面電極素子の形成には不向きである。

これに対し、本出願人は、特開２００８−１６６７０５号公報にて、１つの半導体基板に少なくとも両面電極素子を含む複数の素子が形成された半導体装置及びその製造方法を提案している。この半導体装置では、所定厚さのバルク半導体基板を準備し、複数の素子形成領域をそれぞれ取り囲むようにして、半導体基板の主面側から未貫通の絶縁分離トレンチを形成する。そして、未貫通の絶縁分離トレンチの先端が露出するまで半導体基板を主面の裏面側から研磨することで、絶縁分離トレンチを貫通状態とする。これにより、半導体基板の厚さが所定の厚さとされ、絶縁分離トレンチによって区画された複数の素子形成領域に素子がそれぞれ形成された半導体装置を得ることができる。

しかしながら、上記においては、研磨によって半導体基板全体を均一の厚さとする。したがって、少なくとも両面電極素子（半導体基板の厚さ方向に電流が流れる素子）を含む複数の素子を半導体基板に集積化するに当たり、耐圧やオン抵抗など、特性の異なる複数の素子を集積化することは困難である。例えば耐圧が互いに異なる複数のＩＧＢＴ素子を集積化することは困難である。

また、両面電極素子のオン抵抗を低減するために、全体を均一の厚さを薄くした場合、力学的強度が不足し、ダイシング時や搬送時などで割れが生じる恐れがある。

本発明は上記問題点に鑑み、１つの半導体基板に少なくとも両面電極素子を含む複数の素子が形成された構成において、素子特性の異なる複数の素子を集積でき、且つ、割れを抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、半導体基板と、半導体基板における複数の素子形成領域をそれぞれ取り囲むとともに、半導体基板を貫通して複数の素子形成領域を互いに絶縁分離する絶縁分離トレンチと、複数の素子形成領域のそれぞれに構成される素子と、を備える半導体装置であって、半導体基板は、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域を有し、複数の厚さ領域のうち、最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの厚さ領域に素子形成領域がそれぞれ形成され、素子として、少なくとも最も厚さの薄い領域に形成され、対をなす電極が半導体基板の主面と該主面の裏面に分けて配置された両面電極素子を含むことを特徴とする。

このように本発明によれば、１つの半導体基板に互いに厚さの異なる複数の厚さ領域を形成するとともに、少なくとも２つの厚さ領域に素子形成領域を形成している。したがって、耐圧やオン抵抗など各素子の特性に適した厚さの厚さ領域に振り分けて各素子を形成することができる。また、素子形成領域の形成された少なくとも２つの厚さ領域のうち、少なくとも最も厚さの薄い領域に両面電極素子を形成している。したがって、複数の素子として少なくとも両面電極素子を含む構成において、両面電極素子の対をなす電極間を電流が流れやすくすることができる。以上から、１つの半導体基板に少なくとも両面電極素子を含む複数の素子が形成された構成において、素子特性の異なる複数の素子が集積化された半導体装置とすることができる。

また、両面電極素子のオン抵抗は、半導体基板の厚さが薄いほど低くすることができる。しかしながら、両面電極素子が形成される最も厚さの薄い領域の厚さをもって半導体基板全体を均一厚さとすると、力学的強度が不足し、ダイシング時や搬送時などで割れが生じる恐れがある。また、力学的強度を確保しようとすると、半導体基板が厚くなり、オン抵抗を所望の値まで下がることが困難となる。これに対し、本発明によれば、半導体基板が、最も厚さの薄い領域だけでなく、それよりも厚さの厚い領域を有するので、力学的強度を向上することもできる。すなわち、半導体基板の割れを抑制することもできる。

請求項２に記載のように、両面電極素子として、縦型ＭＯＳトランジスタ素子、及び、ＩＧＢＴ素子のいずれかを含む構成を採用することができる。これによれば、低オン抵抗化された両面電極素子を備える半導体装置とすることができる。なお、両面電極素子としては、上記以外にも、ダイオード、抵抗、配線などを採用することができる。

請求項３に記載のように、両面電極素子が、最も厚さの薄い領域を含む複数の厚さ領域にそれぞれ形成された構成としても良い。これによれば、例えば互いに耐圧の異なる両面電極素子が集積化された半導体装置とすることができる。

請求項４に記載のように、素子として、対をなす電極が半導体基板の主面にまとめて配置された片面電極素子を含み、片面電極素子は、両面電極素子が形成された厚さ領域とは異なる厚さ領域の少なくとも１つに形成された構成としても良い。これによれば、１つの半導体基板に、互いに耐圧の異なる両面電極素子が集積化されるとともに、片面電極素子も集積化された半導体装置とすることができる。

また、請求項５に記載のように、素子として、両面電極素子とともに、対をなす電極が半導体基板の主面にまとめて配置された片面電極素子を含み、複数の両面電極素子が最も厚さの薄い領域のみに形成され、片面電極素子は、両面電極素子が形成された厚さ領域とは異なる厚さ領域の少なくとも１つに形成された構成としても良い。これによれば、１つの半導体基板に、両面電極素子と片面電極素子が集積化された半導体装置（複合ＩＣ）とすることができる。

片面電極素子としては、請求項６に記載のように、バイポーラトランジスタ素子、横型ＭＯＳトランジスタ素子、及び相補型ＭＯＳトランジスタ素子のいずれかを含む構成を採用することができる。なお、片面電極素子としては、上記以外にも、ダイオード、キャパシタ、抵抗、配線などを採用することができる。

請求項７に記載のように、複数の両面電極素子として、他の両面電極素子における電極とは、電気的に分離された電極を有する少なくとも１つの両面電極素子を有する構成としても良い。これによれば、少なくとも１つの両面電極素子が他の両面電極素子とは独立して駆動可能なマルチチャネル化（多チャネル化）された構成とすることができる。

絶縁分離トレンチとしては、請求項８に記載のように、トレンチ内に絶縁体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチ、トレンチ内に側壁酸化膜を介して導電体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチ、及びトレンチ内に空洞が形成されてなる絶縁分離トレンチのいずれかを採用することができる。

請求項９に記載のように、半導体基板であって、互いに厚さの異なる厚さ領域を連結する連結部位に、素子として受動素子が形成された構成としても良い。このように、連結部位にキャパシタや抵抗などの受動素子が形成された構成とすると、半導体装置の体格を小型化することができる。

請求項１０に記載のように、半導体基板がウェハである構成としても良い。これによれば、ウェハ状の半導体基板に構成された複数の厚さ領域に、素子特性に応じて素子が集積化された半導体装置とすることができる。また、ウェハ状の半導体基板の力学的強度を向上することができる。すなわち、搬送時や、ダイシング時などに生じる割れを抑制することができる。

請求項１１に記載のように、半導体基板がチップ化された構成としても良い。これによれば、チップ化された半導体基板に構成された複数の厚さ領域に、素子特性に応じて素子が集積化された半導体装置とすることができる。また、チップ化された半導体基板の力学的強度を向上することができる。

請求項１２に記載のように、複数の厚さ領域は、厚さの厚い領域が、該領域よりも厚さの薄い領域を取り囲むように環状に形成され、半導体基板の外周側の厚さ領域ほど肉厚とされた構成としても良い。ダイシング後のチップ化された半導体基板においては、半導体基板の端部から割れが生じ易い。したがって、上記構成とすると、ダイシング後のチップ化された半導体基板において、チップに割れが生じにくくすることができる。また、最も厚さの厚い領域が最外周に環状に設けられているので、チップ化された半導体基板の搭載性を向上させることができる。

次に、請求項１３に記載の発明は、半導体基板と、半導体基板における複数の素子形成領域をそれぞれ取り囲むとともに、半導体基板を貫通して複数の素子形成領域を互いに絶縁分離する絶縁分離トレンチと、複数の素子形成領域のそれぞれに構成される素子と、を備える半導体装置であって、半導体基板は、チップ化されるとともに、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域を有し、複数の厚さ領域のうち、最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの厚さ領域に素子形成領域がそれぞれ形成され、素子として、少なくとも最も厚さの薄い領域に形成され、対をなす電極が半導体基板の主面と該主面の裏面に分けて配置された両面電極素子を含み、半導体基板は、最も厚さの厚い領域よりも厚さの薄い領域上に、最も厚さの厚い領域の表面に対する凹部を有し、半導体基板とは別の部材が、凹部内に収容されて、凹部の底面をなす厚さの薄い領域の表面上に実装されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、請求項１及び請求項１１に記載の発明の作用効果に加え、凹部を、上記した半導体基板とは別の部材を配置するスペースとして活用するので、上記した半導体基板とともに、該半導体基板とは別の部材を備える半導体装置の体格を小型化することができる。なお、半導体基板とは別の部材としては、請求項１４に記載のように、半導体チップ、配線基板、及びヒートシンクの少なくとも１つを採用することができる。

また、請求項１５に記載のように、複数の厚さ領域は、厚さの厚い領域が、該領域よりも厚さの薄い領域を取り囲むように環状に形成され、半導体基板の外周側の厚さ領域ほど肉厚とされた構成としても良い。本発明の作用効果は、請求項１２に記載の発明の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。

次に、請求項１６に記載の発明は、半導体基板に形成する絶縁分離トレンチにより複数の素子形成領域を互いに絶縁分離し、各素子形成領域に素子を形成してなる半導体装置の製造方法であって、素子形成領域をそれぞれ取り囲み、半導体基板を貫通して複数の素子形成領域を互いに絶縁分離するように、絶縁分離トレンチを形成し、絶縁分離トレンチの形成後、主面及び裏面の少なくとも一方側から、半導体基板を選択的にエッチングして複数の厚さ領域を形成しつつ半導体基板から突出した絶縁分離トレンチのエッチング残りの部分を除去するとともに、最も厚さの薄い領域における素子形成領域に、対をなす電極が半導体基板の主面と裏面に分けて配置された両面電極素子を形成するように、最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの厚さ領域の素子形成領域に素子を形成し、複数の厚さ領域及び素子の形成後、各チップにおいて、素子を形成した厚さ領域が一体的に残るように、半導体基板をダイシングしてチップ化することを特徴とする。

このように本発明によれば、チップ化された半導体基板を備える上記半導体装置を形成することができる。また、ウェハ状の半導体基板が複数の厚さ領域を有するので、搬送時や素子形成時における半導体基板の割れを抑制することができる。また、素子を形成した厚さ領域が一体的に残るようにダインシングするので、ダイシング時に生じる割れを抑制することができる。さらには、チップ化された半導体基板が、最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの厚さ領域を含むので、チップ化された半導体基板の力学的強度を向上することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。なお、図１においては、絶縁分離された複数の素子形成領域のうち、一部のみを図示している。また、図２においては、便宜上、半導体基板１０に不純物が導入されてなる不純物領域の一部を省略して図示している。また、半導体基板に構成される素子としては周知のものを採用することができるので、素子構造の詳細については割愛する。

図１及び図２に示す半導体装置１では、半導体基板１０として、ｎ導電型（ｎ−）のバルク単結晶シリコン基板を採用しており、半導体基板１０はダイシングされてチップとなっている。この半導体基板１０は、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域（本実施形態においては、２つの厚さ領域１１，１２）を有しており、図１に示すように、半導体基板１０における最も厚さの厚い厚肉領域１１が、厚肉領域１１よりも厚さの薄い薄肉領域１２（本実施形態においては、２つの厚さ領域１１，１２のうち、最も厚さの薄い薄肉領域１２）を取り囲むように環状に形成され、半導体基板１０の外周側の厚さ領域ほど肉厚となっている。また、薄肉領域１２は、半導体基板１０に主面１０ａの裏面１０ｂ側から異方性エッチングを施すことによって厚肉領域１１よりも薄肉とされており、厚肉領域１１と薄肉領域１２とを連結する連結部位１３のエッチング面が図２に示すようにテーパ状となっている。この半導体基板１０は、互いに絶縁分離された複数の素子形成領域３０を有しており、半導体基板１０における各素子形成領域３０を用いて素子５０が構成されている。

複数の素子形成領域３０は、各素子形成領域３０をそれぞれ取り囲むように、半導体基板１０の主面１０ａからその裏面１０ｂにかけて貫通形成された絶縁分離トレンチ３１によって区画（互いに絶縁分離）されている。本実施形態においては、絶縁分離トレンチ３１が、半導体基板１０の主面１０ａからその裏面１０ｂにかけて貫通形成されたトレンチ内に、シリコン酸化物などの絶縁体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチとして構成されている。また、素子形成領域３０は、半導体基板１０に構成された複数の厚さ領域１１，１２のそれぞれに構成されている。

素子５０は、それぞれの素子形成領域３０において、半導体基板１０を用いて構成されている。すなわち、複数の厚さ領域１１，１２のそれぞれに、素子５０が構成されている。厚肉領域１１には、素子５０として、対をなす電極（一方から他方に向けて電流が流れる電極）が半導体基板１０の主面１０ａ側にまとめて配置された片面電極素子が形成されている。換言すれば、半導体基板１０の厚さ方向に垂直な方向に電流が流れるように片面電極素子が形成されている。なお、図１では、片面電極素子として、ドレイン電極５１ａ、ソース電極５１ｂ、及びゲート電極５１ｃが半導体基板１０の主面１０ａ側に形成され、ドレイン電極５１ａからソース電極５１ｂに向けて駆動電流（ドレイン電流）が流れるように構成された横型ＭＯＳトランジスタ素子５１（ＬＤＭＯＳ素子）を示している。また、薄肉領域１２には、素子５０として、対をなす電極（一方から他方に向けて電流が流れる電極）が半導体基板１０の主面１０ａと裏面１０ｂとで分けて配置された両面電極素子が形成されている。換言すれば、半導体基板１０の厚さ方向に電流が流れるように両面電極素子が形成されている。なお、図１では、両面電極素子として、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２（縦型ＤＭＯＳ素子）、アップドレイン型の縦型ＭＯＳトランジスタ素子５３、及び配線５４を示している。なお、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２は、ドレイン電極５２ａ、ソース電極５２ｂ、及びゲート電極５２ｃを有し、ドレイン電極５２ａとソース電極５２ｂが半導体基板１０の主面１０ａと裏面１０ｂに分けて形成されている。すなわち、ドレイン電極５２ａからソース電極５２ｂに向けて（半導体基板１０の厚さ方向に）駆動電流（ドレイン電流）が流れるように構成されている。また、アップドレイン型の縦型ＭＯＳトランジスタ素子５３は、半導体基板１０の主面１０ａ側に形成されたドレイン電極５３ａ、ソース電極５３ｂ、及びゲート電極５３ｃと、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に形成された裏面電極５３ｄとを有している。そして、ドレイン電極５３ａと裏面電極５３ｄとが、トレンチ内に側壁酸化膜を介して導電体が埋め込まれてなる配線部５３ｅを介して電気的に接続されている。すなわち、ドレイン電極５３ａから、配線部５３ｅ及び裏面電極５３ｄを介して、ソース電極５３ｂに駆動電流（ドレイン電流）が流れるように構成されている。この構成においても、駆動電流は、ドレイン電極５３ａから裏面電極５３ｄへ流れ、裏面電極５３ｄからソース電極５３ｂへ流れるので、半導体基板１０の厚さ方向に電流が流れる。また、配線５４は、半導体基板１０の主面１０ａ及び裏面１０ｂのそれぞれに形成された電極５４ａ，５４ｂを、トレンチ内に側壁酸化膜を介して導電体が埋め込まれてなる配線部５４ｃによって電気的に接続した構成となっている。そして、上記した各素子５０のうち、両面電極素子である縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２とアップドレイン型の縦型ＭＯＳトランジスタ素子５３は、それぞれの対をなす電極が、互いに電気的に分離（電気的に独立して駆動可能と）されている。

なお、本実施形態においては、図２に示すように、半導体基板１０における厚肉領域１１と薄肉領域１２との連結部位１３が、絶縁分離トレンチ３１によって厚肉領域１１及び薄肉領域１２と電気的に絶縁され、裏面１０ｂ側の連結部位１３（テーパ面）に、キャパシタや抵抗などの受動素子５５が形成されている。キャパシタや抵抗などの受動素子５５であれば、テーパ状の連結部位１３にも形成することができる。このように、複数の厚さ領域１１，１２の連結部位１３に、受動素子５５が形成された構成とすると、半導体装置１の体格を小型化することができる。なお、本実施形態においては、図２に示すように、連結部位１３を厚肉領域１１及び薄肉領域１２と電気的に絶縁するための絶縁分離トレンチ３１が、厚肉領域１１と薄肉領域１２に形成されている。連結部位１３を厚肉領域１１及び薄肉領域１２と電気的に絶縁するための絶縁分離トレンチ３１は、連結部位１３内に形成することもできるが、図２に示すように厚肉領域１１と薄肉領域１２に形成すると、複数の厚さ領域１１，１２を形成する際に、裏面１０ｂ側に露出する絶縁分離トレンチ３１の長さがほぼ等しくなり、露出された部位の除去を容易とすることができる。

次に、半導体装置１の製造方法の一例について、図２〜図５を用いて説明する。図３は、半導体装置を製造する工程のうち、半導体基板に未貫通の絶縁分離トレンチを形成する工程を示す断面図である。図４は、半導体装置を製造する工程のうち、絶縁分離トレンチを貫通状態とする工程を示す断面図である。図５は、半導体装置を製造する工程のうち、半導体基板に複数の厚さ領域を形成する工程を示す断面図である。このような半導体装置１の製造方法としては、複数の厚さ領域を形成する工程を除いて、本出願人による特開２００６８−１６６７０５号公報、特願２００８−１０６０１４号に記載の方法を適用することができる。したがって、以下においては、重複する部分については詳細な説明を割愛する。

先ず、所定厚さ（例えば６００μｍ）の半導体基板１４（半導体ウェハ）を準備する。本実施形態においては、半導体基板１４として、ｎ導電型（ｎ−）の単結晶バルクシリコン基板（ＦＺウエハ）を準備する。そして、素子形成領域３０となる各領域を取り囲むようにして、図３に示すように、半導体基板１４の主面１０ａ（ダイシング後の半導体基板１０の主面と対応）側から裏面１０ｂまで貫通しないように、所定深さの絶縁分離トレンチ３１ａを形成する。この絶縁分離トレンチ３１ａは未貫通状態である。本実施形態においては、絶縁分離トレンチ３１ａとして、例えば異方性ドライエッチングにより所定深さのトレンチを形成し、該トレンチ内にシリコン酸化物などの絶縁体を埋め込んでなる絶縁分離トレンチを採用している。また、複数の絶縁分離トレンチ３１ａの深さや幅を略均一としている。

次に、図４に示すように、絶縁分離トレンチ３１ａの半導体基板１０における裏面１０ｂ側の端部が少なくとも露出するまで、半導体基板１０を裏面１０ｂ側から除去する。換言すれば、裏面１０ｂ側から、半導体基板１４の厚さを薄くする。この薄肉化処理としては、機械的な研磨やエッチングなどを採用することができる。本実施形態においては先ず機械的な研磨を実施し、研磨後に研磨によるダメージ層を除去するために、研磨面をウェットエッチングするようにしている。これにより、ウェハ状の半導体基板１４の厚さが、ダイシング後の半導体基板１０における厚肉領域１１とほぼ同じ厚さとなる。また、未貫通状態の絶縁分離トレンチ３１ａが、主面１０ａから裏面１０ｂにかけて貫通する絶縁分離トレンチ３１となる。すなわち、素子形成領域３０が、互いに絶縁分離された状態となる。

次に、図５に示すように、裏面１０ｂ側から半導体基板１４を選択的にエッチングして、半導体基板１４に複数の厚さ領域１１，１２を形成する。エッチング方法は特に限定されるものではないが、好ましくはウェットやドライの異方性エッチングを採用すると良い。本実施形態においては、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性のウェットエッチングを施すことにより、半導体基板１４を裏面１０ｂ側から部分的に除去し、半導体基板１４が、エッチングされない厚肉領域１１とエッチングされて薄肉となった薄肉領域１２とを含むようにする。これにより、半導体基板１４をダイシングした後の各半導体基板１０（チップ）においても、テーパ状の連結部位１３によって連結された複数の厚さ領域１１，１２を含むこととなる。

また、上記の異方性のウェットエッチングでは、シリコンからなる半導体基板１４が除去されるものの、図５に二点鎖線で示すように、半導体基板１４が除去された領域における絶縁分離トレンチを構成するトレンチ内の絶縁体（シリコン酸化物）が殆どエッチングされず、薄肉領域１２の裏面１０ｂから突出する柱状体３１ｂとして残ることとなる。そこで、本実施形態では、ウェットエッチング後に、ＨＦ処理などにより、柱状体３１ｂを除去するようにしている。これにより、薄肉領域１２の裏面１０ｂから突出する柱状体３１ｂが除去される。

複数の厚さ領域１１，１２の形成後、図２に示すように、半導体基板１４における各素子形成領域３０にそれぞれ素子５０を形成する。本実施形態においては、先ず半導体基板１４における主面１０ａ側から、横型ＭＯＳトランジスタ素子５１などの片面電極素子と、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２、アップドレイン型のＭＯＳトランジスタ素子５３、配線５４などの両面電極素子のうちの主面１０ａ側部分と、をイオン注入などによって形成する。次に、半導体基板１４における裏面１０ｂ側から、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２、アップドレイン型のＭＯＳトランジスタ素子５３、配線５４などの両面電極素子のうちの裏面１０ｂ側部分をイオン注入などによって形成する。そして、半導体基板１４を、厚肉領域１１における図示しない一部でダイシングすることにより、半導体基板１０として厚肉領域１１と薄肉領域１２を備えた半導体装置１を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置１では、チップ化された１つの半導体基板１０に、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域１１，１２を形成するとともに、少なくとも２つの厚さ領域１１，１２に素子形成領域３０（素子５０）をそれぞれ形成する。したがって、耐圧やオン抵抗など各素子５０（５１〜５４）の特性に適した厚さの厚さ領域１１，１２に振り分けて各素子５０を形成することができる。また、素子形成領域３０の形成された少なくとも２つの厚さ領域１１，１２のうち、少なくとも最も厚さの薄い薄肉領域１２に両面電極素子（５２〜５４）を形成している。したがって、複数の素子５０として少なくとも両面電極素子を含む構成において、両面電極素子の対をなす電極間を電流が流れやすくすることができる。以上から、１つの半導体基板１０に少なくとも両面電極素子（５２〜５４）を含む複数の素子５０が形成された構成において、素子特性の異なる複数の素子５０が集積化された半導体装置１となっている。なお、本実施形態においては、１つの半導体基板１０に、両面電極素子と片面電極素子が集積化された半導体装置（複合ＩＣ）となっている。

また、本実施形態においては、両面電極素子として、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２（アップドレイン型のＭＯＳトランジスタ素子５３も含む）を薄肉領域１２に形成しているので、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２（アップドレイン型のＭＯＳトランジスタ素子５３も含む）の低オン抵抗化を図ることができる。

また、両面電極素子のオン抵抗は、チップ化された半導体基板１０の厚さが薄いほど低くすることができる。しかしながら、両面電極素子が形成される最も厚さの薄い薄肉領域１２の厚さをもって半導体基板１０全体を均一厚さとすると、力学的強度が不足し、ダイシング時やダイシング後の搬送時などで割れが生じる恐れがある。また、力学的強度を確保しようとすると、半導体基板１０が厚くなり、オン抵抗を所望の値まで下がることが困難となる。これに対し、本実施形態では、半導体基板１０が、最も厚さの薄い薄肉領域１２だけでなく、それよりも厚さの厚い厚肉領域１１を有するので、半導体基板１０の力学的強度が向上されている。

また、ダイシング後のチップ化された半導体基板１０においては、半導体基板１０の端部から割れが生じ易い。これに対し、本実施形態においては、厚肉領域１１を、該領域１１よりも厚さの薄い薄肉領域１２を取り囲むように環状に形成し、半導体基板１０の外周側の厚さ領域ほど肉厚としている。したがって、ダイシング後のチップ化された半導体基板１０に割れが生じにくくなっている。また、厚肉領域１１が最外周に環状に設けられているので、チップ化された半導体基板１０を、図示しない回路基板などに搭載する際の搭載性が向上されている。

また、本実施形態においては、半導体基板１０，１４として、単結晶バルクシリコン基板を採用し、該基板に絶縁分離トレンチ３１を形成することで、複数の素子形成領域３０（素子５０）を互いに絶縁分離している。したがって、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２のような両面電極素子の形成に適している。また、両面電極素子の大電流化やＥＳＤ等のサージに対する耐量増加が容易である。また、ＳＯＩ基板のように埋め込み絶縁膜を有さないので、ＳＯＩ基板を採用する構成に比べて、放熱性を高めることができる。

また、本実施形態においては、半導体基板１０に絶縁分離トレンチ３１を形成することで、複数の素子形成領域３０（素子５０）を互いに絶縁分離するとともに、両面電極素子である縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２とアップドレイン型の縦型ＭＯＳトランジスタ素子５３の対をなす電極を、互いに電気的に分離（電気的に独立して駆動可能と）している。したがって、マルチチャネル化された半導体装置１となっている。しかしながら、例えば半導体基板１０の裏面１０ｂ側の電極を共通化した構成とすることもできる。

なお、本実施形態においては、両面電極素子として、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２（縦型ＤＭＯＳ素子）、アップドレイン型の縦型ＭＯＳトランジスタ素子５３、及び配線５４の例を示した。しかしながら、パワー系の素子として、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２（アップドレイン型の縦型ＭＯＳトランジスタ素子５３を含む）以外にも、ＩＧＢＴ素子を採用することもできる。また、能動素子としては、縦型ＭＯＳトランジスタ素子やＩＧＢＴ素子だけでなく、ダイオード素子を採用することもできる。また、受動素子としては、配線５４以外にも、抵抗などを採用することができる。また、図中では、配線５４の例として、トレンチ内に側壁酸化膜を介して導電体が埋め込まれてなる配線部５４ｃを含む例を示したが、配線部５４ｃを有さない配線を採用することもできる。

また、本実施形態においては、片面電極素子として、横型ＭＯＳトランジスタ素子５１（ＬＤＭＯＳ素子）の例を示した。しかしながら、片面電極素子としては、バイポーラトランジスタ素子、横型ＭＯＳトランジスタ素子、及び相補型ＭＯＳトランジスタ素子のいずれかを含む構成としても良い。このような構成とすると、両面電極素子として採用した縦型ＭＯＳトランジスタ素子やＩＧＢＴ素子などとともに複合ＩＣ（制御回路）を形成することができる。また、上記の能動素子以外にも、能動素子であるダイオード素子や、受動素子であるキャパシタ、抵抗、配線などを採用することもできる。

また、本実施形態においては、半導体基板１０（１４）が複数の厚さ領域として、厚肉領域１１と薄肉領域１２の２つの厚さ領域を有する例を示した。しかしながら、厚さ領域の個数は上記例に限定されるものではない。また、厚肉領域１１に片面電極素子が形成され、薄肉領域１２に両面電極素子が形成される例を示したが、厚肉領域１１に片面電極素子とともに両面電極素子が形成された構成としても良いし、薄肉領域１２に両面電極素子とともに片面電極素子が形成された構成としても良い。１つの半導体基板１０（１４）が、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域を有し、複数の厚さ領域のうち、少なくとも２つの厚さ領域に素子形成領域３０（素子５０）が形成されている。そして、少なくとも最も厚さの薄い薄肉領域に両面電極素子が形成された構成であれば良い。

また、本実施形態においては、裏面１０ｂ側から半導体基板１０（１４）に異方性エッチングを施すことによって、薄肉領域１２が厚肉領域１１よりも薄肉とされており、半導体基板１０（１４）の主面１０ａ側に、横型ＭＯＳトランジスタ素子５１の各電極５１ａ〜５１ｃや、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２のソース電極５２ｂ及びゲート電極５２ｃなどが形成され、薄肉領域１２の裏面１０ｂ側に、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２のドレイン電極５２ａなどが形成される例を示した。すなわち、半導体基板１０（１４）の裏面１０ｂ側に凹部が形成される例を示した。しかしながら、例えば図６に示すように、主面１０ａ側から半導体基板１０（１４）に異方性エッチングを施すことによって、薄肉領域１２が厚肉領域１１よりも薄肉とされ、主面１０ａ側に横型ＭＯＳトランジスタ素子５１の各電極５１ａ〜５１ｃや、縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２のソース電極５２ｂ及びゲート電極５２ｃなどが形成され、裏面１０ｂ側に縦型ＭＯＳトランジスタ素子５２のドレイン電極５２ａなどが形成された構成としても良い。すなわち、本実施形態に示した構成（図２参照）と逆の構成、換言すれば半導体基板１０（１４）の主面１０ａ側に凹部が形成される構成としても良い。この場合、複数の厚さ領域１１，１２を形成した後に、各素子５０のうち、半導体基板１４の主面１０ａ側の部位を形成することとなる。図６は、変形例を示す断面図である。さらには、両表面１０ａ，１０ｂ側から半導体基板１０（１４）にそれぞれ異方性エッチングを施すことで、厚肉領域１１と薄肉領域１２を有する半導体基板１０（１４）としても良い。すなわち、半導体基板１０（１４）の両表面１０ａ，１０ｂに凹部がそれぞれ形成された構成としても良い。この場合、半導体基板１０（１４）の厚さ方向に垂直な方向において、両表面１０ａ．１０ｂにそれぞれ設けた凹部の少なくとも一部が重なるようにすると、該重なり部分における薄肉領域１２の厚さをより薄くすることができる。

また、本実施形態においては、チップ化された１つの半導体基板１０を含む半導体装置１の例を示した。しかしながら、例えば図７に示すように、ダイシングされる前のウェハ状態の半導体基板１４を含む半導体装置７０にも、同様の構成を適用することができる。図７においては、ウェハ状態の半導体基板１４に、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域１１，１２が形成され、各厚さ領域１１，１２に素子形成領域３０（素子５０）がそれぞれ形成されている。また、複数の厚さ領域１１，１２のうち、少なくとも最も厚さの薄い薄肉領域１２に両面電極素子（５２〜５４）が形成されている。このような構成を有する半導体装置７０においても、上記した半導体装置１と同様の効果（素子特性の異なる複数の素子５０が集積化され、半導体基板１４の力学的強度が向上された半導体装置７０）を期待することができる。図７は変形例を示す断面図である。なお、ウェハ状態の半導体基板１４全体を薄肉領域１２とすると、その大きさからチップ化された半導体基板１０よりも割れなどが生じ易い。特に、ダイシング時などにおいて割れが生じやすい。したがって、半導体基板１４を含む半導体装置７０においては、半導体基板１０を含む半導体装置１よりも、半導体基板の力学的強度向上の効果をより期待することができる。

また、本実施形態においては、半導体装置１を形成するに当たり、主面１０ａ側から半導体基板１４に絶縁分離トレンチ３１を形成した後、複数の厚さ領域１１，１２を形成し、次いで各素子５０を半導体基板１４の主面１０ａ及び裏面１０ｂから形成する例を示した。しかしながら、複数の厚さ領域１１，１２を形成する前であって絶縁分離トレンチ３１の形成後や、絶縁分離トレンチ３１の形成前に、各素子５０における半導体基板１４の主面１０ａ側の部位を形成することもできる。また、複数の厚さ領域１１，１２を形成する前に、半導体基板１０の裏面１０ｂ側から部分的にｐ型不純物をイオン注入しておき、ｐｎ接合部の界面をエッチングのストッパとするようにしても良い。また、シリコン基板（ｎ）と該基板とは導電型の異なるエピタキシャル層（ｐ）とによって半導体基板１０を構成することにより、基板とエピタキシャル層の界面（ｐｎ接合部）をエッチングのストッパとするようにしても良い。

さらには、図８に示すように、半導体基板１４に複数の厚さ領域１１，１２を形成した後、例えば半導体基板１４の表面１４上に形成した図示しないＢＰＳＧ膜などの層間絶縁膜やＬＯＣＯＳ酸化膜などをストッパとして、図９に示すように、裏面１０ｂ側から半導体基板１４に絶縁分離トレンチ３１を形成しても良い。この方法によれば、絶縁分離トレンチ３１における裏面１０ｂ側の端部を露出させるために、半導体基板１４を薄肉化する処理を不要とすることもできる。また、半導体基板１４を薄肉化処理する場合でも、半導体基板１４に複数の厚さ領域１１，１２を形成する前に薄肉化処理を実施するので、柱状体３１ｂの除去を不要とすることができる。図８及び図９は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図であり、図８は、製造工程のうち、半導体基板に複数の厚さ領域を形成する工程を示し、図９は、絶縁分離トレンチを形成する工程を示している。なお、図８及び図９では、便宜上、素子５０を省略して図示している。

また、本実施形態においては、半導体基板１４を、厚肉領域１１における図示しない一部でダイシングすることにより、半導体基板１０として厚肉領域１１と薄肉領域１２を備えた半導体装置１を形成する例を示した。しかしながら、厚さ領域として、例えば図１０に示すように、厚肉領域１１，薄肉領域１２とともに、厚肉領域１１よりも厚く、素子５０が形成されない領域１５（最も厚さの厚い領域１５）を形成し、図１０に二点鎖線で示すスクライブ線７１に沿ってダイシングすることで、最も厚さの厚い領域１５、及び、該領域１５と他の領域（図１０に示す例では厚肉領域１１）との連結部位１３を除去し、半導体基板１０として厚肉領域１１と薄肉領域１２を備えた半導体装置１を形成しても良い。このように、半導体基板１４をチップ化するまでの力学的強度確保専用の最も厚さの厚い領域１５を設けることで、チップ化するまでの半導体基板１４の力学的強度をさらに向上することができる。図１０は、ウェハ状態の半導体基板の変形例を示す断面図である。

また、本実施形態においては、絶縁分離トレンチ３１として、トレンチ内に絶縁体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチの例を示した。しかしながら、それ以外にも、トレンチ内に側壁酸化膜を介して導電体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチや、トレンチ内に絶縁体などが埋め込まれず、空洞が形成されてなる絶縁分離トレンチを採用することもできる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１１に基づいて説明する。図１１は、第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図であり、第１実施形態に示した図２に対応している。

第２実施形態に係る半導体装置は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、半導体基板１０が厚肉領域１１と薄肉領域１２の２つの厚さ領域を有し、厚肉領域１１に片面電極素子が形成され、薄肉領域１２に両面電極素子が形成される例を示した。これに対し、本実施形態においては、半導体基板１０が構成された複数の厚さ領域に、両面電極素子がそれぞれ形成されている点を特徴とする。

図１１に示す例では、半導体基板１０が、第１実施形態同様、互いに厚さの異なる厚肉領域１１と薄肉領域１２の２つの厚さ領域を有し、厚肉領域１１には、厚肉領域１１における半導体基板１０の厚さを利用して、例えば耐圧１０００ＶのＩＧＢＴ素子５６が形成されている。また、薄肉領域１２には、薄肉領域１２における半導体基板１０の厚さを利用して、ＩＧＢＴ素子５６よりも耐圧の低い（例えば耐圧５００Ｖ）のＩＧＢＴ素子５７が形成されている。なお、ＩＧＢＴ素子５６，５７は、半導体基板１０の裏面１０ｂ側にコレクタ電極５６ａ，５７ａがそれぞれ形成され、半導体基板１０の主面１０ａ側に、エミッタ電極５６ｂ，５７ｂとゲート電極５６ｃ，５７ｃがそれぞれ形成されている。そして、コレクタ電極５６ａ，５７ａからエミッタ電極５６ｂ，５７ｂに向けて（半導体基板１０の厚さ方向に）駆動電流が流れるように構成されている。

また、本実施形態においては、半導体基板１０に絶縁分離トレンチ３１を形成することで、複数の素子形成領域３０（素子５０）を互いに絶縁分離するとともに、両面電極素子であるＩＧＢＴ素子５６，５７の対をなす電極を、互いに電気的に分離（電気的に独立して駆動可能と）している。したがって、本実施形態においても、半導体装置１がマルチチャネル化されている。

このように、本実施形態によれば、半導体基板１０における２つの厚さ領域１１，１２にそれぞれＩＧＢＴ素子５６，５７を形成することで、厚さ領域１１，１２の厚さに応じてＩＧＢＴ素子５６，５７の耐圧を異なるものとすることができる。したがって、耐圧の異なるＩＧＢＴ素子５６，５７が同一の半導体基板１０に集積化された半導体装置１を得ることができる。

なお、本実施形態においては、半導体基板１０が２つの厚さ領域１１，１２を有し、各厚さ領域１１，１２に、それぞれＩＧＢＴ素子５６，５７が形成される例を示した。しかしながら、半導体基板１０が３つ以上の厚さ領域を有し、最も薄肉の領域を含む少なくとも２つの領域に、ＩＧＢＴ素子が形成される構成としても良い。例えば図１２に示す例では、半導体基板１０が、最も厚肉の厚肉領域１１と、厚肉領域１１よりも薄肉の領域１２として、互いに厚さの異なる２つの厚さ領域１２ａ，１２ｂを有する構成となっている。そして、３つの厚さ領域１１，１２ａ，１２ｂのうち、最も薄肉の領域１２ａと、最も薄肉の領域１２ａの次に薄肉の領域１２ｂに、ＩＧＢＴ素子５８，５９がそれぞれ形成されている。そして、耐圧の異なるＩＧＢＴ素子５８，５９が同一の半導体基板１０に集積化された半導体装置１となっている。また、図１２に示す半導体装置１では、厚肉領域１１には素子５０が形成されておらず、厚肉領域１１が半導体基板１０において力学的強度を確保する機能のみを果たすようになっている。図１２は、変形例を示す断面図である。なお、図１２に示す例においても、複数の厚さ領域１１，１２ａ，１２ｂは、厚さの厚い領域が、該領域よりも厚さの薄い領域を取り囲むように環状に形成され、半導体基板１０の外周側の厚さ領域ほど肉厚とされている。このように、半導体基板１０が３つ以上の厚さ領域を有する構成は、第１実施形態に示した製造工程において、エッチングを多段に実施することにより構成することができる。また、それ以外にも、エッチングの際のマスクにおける開口面積を異なるものとすることで、半導体基板１０の互いに異なる複数の部位に深さの異なるエッチングを施して、互いに厚さの異なる厚さ領域を３つ以上有するようにすることもできる。

なお、図１２では、厚肉領域１１に素子５０が形成されない構成を示したが、例えば図１２に示す構成において、最も薄肉の領域１２ａの次に薄肉の領域１２ｂに、素子５０が形成されない構成とすることもできる。すなわち、複数の厚さ領域のうち、最も厚さの薄い領域（図１２では薄肉領域１２ａ）を除く少なくとも１つ厚さ領域に、素子５０が形成されない構成としても良い。

また、本実施形態においては、２つの厚さ領域１１，１２のみに両面電極素子が形成される例を示した。しかしながら、３つ以上の厚さ領域（例えば図１２に示す３つの厚さ領域１１，１２ａ，１２ｂ）に、両面電極素子がそれぞれ形成された構成としても良い。例えば、３つ以上の厚さ領域にＩＧＢＴ素子をそれぞれ形成し、厚さ領域の厚さに応じて耐圧が異なる３種類以上のＩＧＢＴ素子が同一の半導体基板１０に集積化された半導体装置１とすることもできる。

また、本実施形態においては、両面電極素子として、ＩＧＢＴ素子の例を示した。しかしながら、両面電極素子としては、ＩＧＢＴ素子に限定されるものではない。第１実施形態に示したように、縦型ＭＯＳトランジスタ素子を採用しても良いし、縦型ＭＯＳトランジスタ素子とＩＧＢＴ素子をともに採用しても良い。例えば、図１２に示すように、半導体基板１０が３つの厚さ領域１１，１２ａ，１２ｂを有する構成において、低オン抵抗化を狙って最も薄肉の領域１２ａに縦型ＭＯＳトランジスタ素子を形成し、厚さ領域１１，１２ｂにそれぞれＩＧＢＴ素子を形成した構成としても良い。さらには、これらとともに、半導体基板１０を用いて、ダイオード素子や、抵抗、配線などを構成しても良い。

また、本実施形態においては、素子５０として、両面電極素子（ＩＧＢＴ素子）のみを有する例を示した。しかしながら、第１実施形態（図２参照）に示したように、両面電極素子とともに片面電極素子が集積化された構成としても良い。例えば、図１２に示す構成において、厚肉領域１１に、横型ＭＯＳトランジスタ素子などの片面電極素子が形成された構成としても良い。このような構成とすると、半導体装置１を複合ＩＣ（制御回路）とすることができる。

また、本実施形態においては、チップ化された１つの半導体基板１０を含む半導体装置１の例を示した。しかしながら、第１実施形態（図７参照）に示したように、ダイシングされる前のウェハ状態の半導体基板１４を含む半導体装置７０にも、同様の構成を適用することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図１３に基づいて説明する。図１３は、第３実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。

第３実施形態に係る半導体装置は、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

上記した半導体装置１では、半導体基板１０における、最も厚さの厚い領域（例えば図２に示す厚肉領域１１）よりも厚さの薄い領域（例えば図２に示す薄肉領域１２）上に、最も厚さの厚い領域の表面に対する凹部を有することとなる。したがって、半導体基板１０とは別の部材が上記凹部に収容され、凹部の底面をなす厚さの薄い領域の表面上に実装された構成を採用することもできる。このような構成を採用すると、凹部を、半導体基板１０とは別の部材を配置するスペースとして活用するので、半導体基板１０とともに、該半導体基板１０とは別の部材を備える半導体装置１の体格を小型化することができる。

図１３に示す例では、チップ化された半導体基板１０が厚肉領域１１と薄肉領域１２を有し、厚肉領域１１に片面電極素子（図１３では横型ＭＯＳトランジスタ素子６０を例示）が形成され、薄肉領域１２に両面電極素子（図１３ではＩＧＢＴ素子６１を例示）が形成された半導体装置１となっている。そして、回路基板９０の一面と、半導体基板１０の裏面１０ｂにおける厚肉領域１１の部分との間に接着部材１１０が介在されて、半導体装置１が回路基板９０に固定されている。また、この固定状態で、薄肉領域１２の裏面１０ｂ上に構成された凹部に、再配線用の基板１３０（特許請求の範囲に記載の配線基板に相当）が収容されて、薄肉領域１２上に実装されている。そして、基板１３０における裏面１０ｂ側の表面に形成されたランド１３１が、薄肉領域１２に構成されたＩＧＢＴ素子６１のコレクタ電極６１ｂと、はんだなどの接続部材１５０を介して電気的に接続されている。また、基板１３０における回路基板９０側の表面に形成されたランド１３２が、回路基板９０における半導体装置１の接着面に形成されたランド９１と、はんだなどの接続部材１５０を介して電気的に接続されている。

このような構造を採用すると、半導体基板１０とは別の部材として、基板１３０を備える半導体装置１の体格を小型化することができる。また、半導体基板１０の凹部を有する側の面（図１３では裏面１０ｂ）を回路基板９０の搭載面としつつ、薄肉領域１２に形成された両面電極素子の裏面１０ｂ側の電極（図１３ではＩＧＢＴ素子６１のコレクタ電極６１ｂ）を、回路基板９０のランド９１（配線）と電気的に接続することができる。

なお、半導体基板１０の凹部に収容される部材は、上記基板１３０に限定されるものではない。図１４に示す例では、図１３とほぼ同一構成の半導体装置１を採用している。異なる点は、半導体基板１０の裏面１０ｂに形成されたＩＧＢＴ素子６１のコレクタ電極６１ｂが、テーパ状の連結部位１３を介して厚肉部位までそれぞれ延設されている。そして、厚肉部位１１において、コレクタ電極６１ｂが、回路基板９０における半導体装置１の接着面に形成されたランド９１と、はんだなどの接続部材１５０を介して電気的に接続されている。また、この固定状態で、薄肉領域１２の裏面１０ｂ上に構成された凹部に、ヒートシンク１７０が配置され、このヒートシンク１７０が絶縁部材１７１を介して、半導体基板１０の裏面１０ｂにおける薄肉領域１２の部分（コレクタ電極６１ｂ）に固定されている。

このような構造を採用しても、半導体基板１０とは別の部材として、ヒートシンク１７０を備える半導体装置１の体格を小型化することができる。また、半導体基板１０の凹部を有する側の面（図１３では裏面１０ｂ）を回路基板９０の搭載面としつつ、薄肉領域１２に形成された両面電極素子の裏面１０ｂ側の電極（図１４ではＩＧＢＴ素子６１のコレクタ電極６１ｂ）を、回路基板９０のランド９１（配線）と電気的に接続することができる。また、回路基板９０に半導体装置１を実装する構成において、再配線用の基板１３０が不要であり、空いた空間にヒートシンク１７０を配置できるので、薄肉領域１２に形成される両面電極素子として図１４に示すＩＧＢＴ素子６１のようなパワー系の素子を採用する構成において、放熱性を向上することができる。図１４は、変形例を示す断面図である。

また、図１５に示す例では、図１３とほぼ同一構成の半導体装置１を採用している。異なる点は、薄肉領域１２の裏面１０ｂ上に構成された凹部に、半導体基板１０とは別のＩＣチップ１９０が配置され、このＩＣチップ１９０における裏面１０ｂ側の表面に形成された電極１９１の一部が、薄肉領域１２に構成されたＩＧＢＴ素子６１のコレクタ電極６１ｂと、はんだなどの接続部材１５０を介して電気的に接続されている。また、電極１９１の一部が、コレクタ電極６１ｂとは電気的に分離され、半導体基板１０の裏面１０ｂにおいて、薄肉領域１２上から連結部位１３を介して厚肉領域１１上に形成された配線６２と、はんだなどの接続部材１５０を介して電気的に接続されている。そして、この配線６２は、厚肉部位１１において、回路基板９０における半導体装置１の接着面に形成されたランド９１と、はんだなどの接続部材１５０を介して電気的に接続されている。

このような構造を採用しても、半導体基板１０とは別の部材として、ＩＣチップ１９０を備える半導体装置１の体格を小型化することができる。また、半導体基板１０の凹部を有する側の面（図１３では裏面１０ｂ）を回路基板９０の搭載面としつつ、薄肉領域１２に形成された両面電極素子の裏面１０ｂ側の電極（図１５ではＩＧＢＴ素子６１のコレクタ電極６１ｂ）を、ＩＣチップ１９０及び配線６２を介して、回路基板９０のランド９１（配線）と電気的に接続することができる。図１５は、変形例を示す断面図である。

なお、図１３〜１５では、半導体装置１の実装構造として、半導体基板１０とともに別部材を備える半導体装置１が、回路基板９０に実装される例を示した。しかしながら、半導体装置１の実装構造は上記例に限定されるものではない。半導体基板１０とは別の部材を備える半導体装置１においては、少なくともチップ化された半導体基板１０の凹部に上記した基板１３０，ヒートシンク１７０，ＩＣチップ１９０などの別部材が収容され、凹部の底面をなす厚さの薄い領域の表面上に別部材が実装された構造とすると、上記したように半導体装置１の体格を小型化することができるので好ましい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図１６〜図１９に基づいて説明する。図１６は、第４実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。図１６においては、絶縁分離された複数の素子形成領域のうち、一部のみを図示している。図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。図１７においては、便宜上、半導体基板に構成される素子を省略して図示している。図１８，１９は具体的な活用例を示しており、図１８は、空洞部を有する半導体基板を回路基板に実装した状態を示す断面図である。図１９は、空洞部を有する半導体基板をセンサチップに実装した状態を示す断面図である。図１８，１９においても、半導体基板に構成される素子を省略して図示している。

第４実施形態に係る半導体装置は、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

上記した実施形態においては、複数の厚さ領域を有する半導体基板１０の例を示し、このような厚さ領域を、エッチングによって形成する例を示した。したがって、このエッチングを活用すれば、半導体基板１４に、複数の厚さ領域を形成するとともに主面１０ａから裏面１０ｂに貫通する空洞部１６を形成することもできる。すなわち、例えば図１６及び図１７に示すように、半導体基板１０が、複数の厚さ領域（図１６及び図１７に示す例では、厚さ領域１１，１２ａ，１２ｂ）を有するとともに、主面１０ａから裏面１０ｂにわたって貫通する空洞部１６を有する構造とすることもできる。このように、半導体基板１０が空洞部１６を有する構造としても、上記したように半導体基板１０が複数の厚さ領域を有する（特に厚肉領域１１を有する）ので、半導体基板１０の力学的強度を向上し、割れを抑制することができる。

例えば図１８に示す例では、半導体基板１０が主面１０ａ側をエッチングされて、複数の厚さ領域１１，１２と空洞部１６を有しており、該半導体基板１０が裏面１０ｂを搭載面として回路基板９０に配置されている。そして、半導体基板１０における回路基板搭載面の裏面（主面１０ａ）側の電極６３の一部、具体的には半導体基板１０の外周側の電極６３が、半導体基板１０の外周側にてワイヤ６４により回路基板９０の対応するランド９１と電気的に接続されている。また、電極６３の一部、具体的には空洞部１６側（内周側）の電極６３が、空洞部１６を介してワイヤ６４により、回路基板９０の対応するランド９１と電気的に接続されている。なお、半導体基板１０における回路基板搭載面（図１８では裏面１０ｂ）側の電極（図示略）は、はんだなどの接続部材１５０を介して、対応するランド９１と電気的に接続されている。

このように、半導体基板１０に空洞部１６を設けると、半導体基板１０の外周側だけでなく空洞部１６側にもワイヤ６４を引き出すことができる。したがって、半導体基板１０が、回路基板搭載面の裏面側に電極６３を多く有していても、回路基板９０との電気的な接続構造を形成しやすくなる。

また、図１９に示す例では、図１８に示した半導体基板１０と同じ構成の半導体基板１０が、裏面１０ｂを搭載面としてセンサチップ２１０上に実装されており、半導体基板１０がセンサチップ２１０の回路基板（処理回路）として機能するようになっている。そして、半導体基板１０の厚さ方向に略垂直な方向において、センサチップ２１０のセンシング部２１１（図１９において、二点鎖線で囲まれた部位）が、半導体基板１０の空洞部１６内に位置し、半導体基板１０に取り囲まれている。具体的には、半導体基板１０のセンサチップ搭載面（図１９では裏面１０ｂ）における空洞部１６の開口端が、上記した略垂直な方向において、センシング部２１１と略一致している。

このように、半導体基板１０に空洞部１６を設けると、半導体基板１０の空洞部１６を介して、センサチップ２１０のセンシング部２１１がセンシング可能とすることができる。すなわち、半導体基板１０によって、センシング部２１１のセンシングエリアを制限することができる。センシング部２１１が、例えば入射される光の強度に応じた電気信号を生じる光検出素子を有する場合、センシング部２１１へ入射される光を、センサチップ２１０の処理回路が構成された半導体基板１０によって制限し、これにより外乱光などによる検出精度低下や検出ばらつきを抑制することができる。また、センシング部２１１が、例えば送信波を生じるレーザ発生素子を含む場合、センシング部２１１から発振されるレーザ光の出射方向を、センサチップ２１０の処理回路が構成された半導体基板１０によって制限することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本発明は、半導体基板と、半導体基板における複数の素子形成領域をそれぞれ取り囲むとともに、半導体基板を貫通して前記複数の素子形成領域を互いに絶縁分離する絶縁分離トレンチと、複数の素子形成領域のそれぞれに構成される素子と、を備える半導体装置であって、半導体基板が互いに厚さの異なる複数の厚さ領域を有し、複数の厚さ領域のうち、最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの厚さ領域に素子形成領域がそれぞれ形成され、素子として少なくとも両面電極素子を含み、この両面電極素子が少なくとも最も厚さの薄い領域に形成される構成であれば特に限定されるものではない。例えば、各領域１１，１２における素子５０の種類や個数（換言すれば、絶縁分離トレンチ３１によって区画された素子形成領域３０の個数）は上記した実施形態の例に限定されるものではない。また、各素子５０の形態も上記した実施形態の例に限定されるものではない。例えば、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタ素子やＩＧＢＴ素子の例を示したが、ｐチャネル型を採用することもできる。また、これらの素子として、トレンチゲート構造を採用することもできる。

なお、本実施形態中の図１０には、厚肉領域１１，薄肉領域１２とともに、厚肉領域１１よりも厚く、素子５０が形成されない領域１５（最も厚さの厚い領域１５）を形成し、二点鎖線で示すスクライブ線７１に沿ってダイシングすることで、最も厚さの厚い領域１５、及び、該領域１５と他の領域（図１０に示す例では厚肉領域１１）との連結部位１３を除去し、半導体基板１０として厚肉領域１１と薄肉領域１２を備えた半導体装置１を形成する例を示した。このように、半導体基板１４に、チップ化する（半導体基板１０とする）までの力学的強度確保専用の最も厚さの厚い領域１５を設けると、チップ化するまでの半導体基板１４の力学的強度をさらに向上することができる。このような技術思想は、複数の厚さ領域を有し、少なくとも２つの厚さ領域に素子が構成された半導体基板１０の形成に限定されるものではない。例えば、複数の厚さ領域を有し、そのうちの１つの厚さ領域のみに素子５０が構成された半導体基板１０の形成や、１つの厚さ領域のみを有する（換言すれば全体の厚さが略均一の）半導体基板１０の形成にも適用することができる。例えば図２０に示す例では、半導体基板１４に、力学的強度確保専用の最も厚さの厚い領域１５と、エッチングにより該領域１５よりも薄肉とされた薄肉領域１２を設けている。そして、該半導体基板１４を、図２０に二点鎖線で示すスクライブ線７１に沿ってダイシングする（薄肉領域１２でダイシングする）ことで、半導体基板１０が薄肉領域１２のみを有し、該領域１２に絶縁分離トレンチ３１によって囲まれた素子形成領域３０が複数形成された半導体装置１を得ることもできる。これによれば、均一厚さの半導体基板１０に、両面電極素子を含む複数の素子５０が集積化された半導体装置１となる。したがって、ダイシングまでは、半導体基板１４が力学的強度確保専用の最も厚さの厚い領域１５を有するので、薄肉領域１２を有する半導体基板１４の力学的強度を向上することができる。すなわち、半導体基板１４の搬送時などでの割れや、ダイシング時の割れを抑制することができる。また、力学的強度を向上しつつ、半導体基板１０に構成される両面電極素子の対をなす電極間に、電流を流れやすくする（低オン抵抗化する）ことができる。図２０は、その他変形例を示す断面図である。

第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 半導体装置を製造する工程のうち、半導体基板に未貫通の絶縁分離トレンチを形成する工程を示す断面図である。 半導体装置を製造する工程のうち、絶縁分離トレンチを貫通状態とする工程を示す断面図である。 半導体装置を製造する工程のうち、半導体基板に複数の厚さ領域を形成する工程を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 製造方法の変形例を示す断面図であり、製造工程のうち、半導体基板に複数の厚さ領域を形成する工程を示している。 製造方法の変形例を示す断面図であり、製造工程のうち、絶縁分離トレンチを形成する工程を示している。 ウェハ状態の半導体基板の変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 第３実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 第４実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。 空洞部を有する半導体基板を回路基板に実装した状態を示す断面図である。 空洞部を有する半導体基板をセンサチップに実装した状態を示す断面図である。 その他変形例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・半導体装置
１０・・・半導体基板
１１・・・厚肉領域
１２・・・薄肉領域
３０・・・素子形成領域
３１・・・絶縁分離トレンチ
５０・・・素子
５１，６０・・・横型ＭＯＳトランジスタ素子（片面電極素子）
５２・・・縦型ＭＯＳトランジスタ素子（両面電極素子）
５６〜５９，６１・・・ＩＧＢＴ素子（両面電極素子）

Claims (16)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板における複数の素子形成領域をそれぞれ取り囲むとともに、前記半導体基板を貫通して前記複数の素子形成領域を互いに絶縁分離する絶縁分離トレンチと、
   前記複数の素子形成領域のそれぞれに構成される素子と、を備える半導体装置であって、
   前記半導体基板は、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域を有し、
   前記複数の厚さ領域のうち、最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの前記厚さ領域に前記素子形成領域がそれぞれ形成され、
   前記素子として、少なくとも前記最も厚さの薄い領域に形成され、対をなす電極が前記半導体基板の主面と該主面の裏面に分けて配置された両面電極素子を含むことを特徴とする半導体装置。
2. 前記両面電極素子として、縦型ＭＯＳトランジスタ素子、及び、ＩＧＢＴ素子のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記両面電極素子は、前記最も厚さの薄い領域を含む複数の前記厚さ領域にそれぞれ形成されてい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。
4. 前記素子として、対をなす電極が前記半導体基板の主面にまとめて配置された片面電極素子を含み、
   前記片面電極素子は、前記両面電極素子が形成された前記厚さ領域とは異なる前記厚さ領域の少なくとも１つに形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記素子として、前記両面電極素子とともに、対をなす電極が前記半導体基板の主面にまとめて配置された片面電極素子を含み、
   複数の前記両面電極素子が、前記最も厚さの薄い領域のみに形成され、
   前記片面電極素子は、前記両面電極素子が形成された前記厚さ領域とは異なる前記厚さ領域の少なくとも１つに形成されてい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。
6. 前記片面電極素子として、バイポーラトランジスタ素子、横型ＭＯＳトランジスタ素子、及び相補型ＭＯＳトランジスタ素子のいずれかを含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体装置。
7. 複数の前記両面電極素子として、他の前記両面電極素子における電極とは、電気的に分離された電極を有する少なくとも１つの前記両面電極素子を有することを特徴とする請求項３〜６いずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記絶縁分離トレンチは、トレンチ内に絶縁体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチ、トレンチ内に側壁酸化膜を介して導電体が埋め込まれてなる絶縁分離トレンチ、及びトレンチ内に空洞が形成されてなる絶縁分離トレンチのいずれかであることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記半導体基板であって、互いに厚さの異なる前記厚さ領域を連結する連結部位に、前記素子として受動素子が形成されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記半導体基板は、ウェハであることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の半導体装置。
11. 前記半導体基板はチップ化されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の半導体装置。
12. 前記複数の厚さ領域は、厚さの厚い領域が、該領域よりも厚さの薄い領域を取り囲むように環状に形成され、前記半導体基板の外周側の厚さ領域ほど肉厚とされていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
13. 半導体基板と、
    前記半導体基板における複数の素子形成領域をそれぞれ取り囲むとともに、前記半導体基板を貫通して前記複数の素子形成領域を互いに絶縁分離する絶縁分離トレンチと、
    前記複数の素子形成領域のそれぞれに構成される素子と、を備える半導体装置であって、
    前記半導体基板は、チップ化されとともに、互いに厚さの異なる複数の厚さ領域を有し、
    前記複数の厚さ領域のうち、最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの前記厚さ領域に前記素子形成領域がそれぞれ形成され、
    前記素子として、少なくとも前記最も厚さの薄い領域に形成され、対をなす電極が前記半導体基板の主面と該主面の裏面に分けて配置された両面電極素子を含み、
    前記半導体基板は、最も厚さの厚い領域よりも厚さの薄い領域上に、前記最も厚さの厚い領域の表面に対する凹部を有し、
    前記半導体基板とは別の部材が、前記凹部内に収容されて、前記凹部の底面をなす前記厚さの薄い領域の表面上に実装されていることを特徴とする半導体装置。
14. 前記半導体基板とは別の部材は、半導体チップ、配線基板、及びヒートシンクの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
15. 前記複数の厚さ領域は、厚さの厚い領域が、該領域よりも厚さの薄い領域を取り囲むように環状に形成され、前記半導体基板の外周側の厚さ領域ほど肉厚とされていることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の半導体装置。
16. 半導体基板に形成する絶縁分離トレンチにより複数の素子形成領域を互いに絶縁分離し、各素子形成領域に素子を形成してなる半導体装置の製造方法であって、
    前記素子形成領域をそれぞれ取り囲み、前記半導体基板を貫通して前記複数の素子形成領域を互いに絶縁分離するように、前記絶縁分離トレンチを形成し、
    前記絶縁分離トレンチの形成後、前記主面及び前記裏面の少なくとも一方側から、前記半導体基板を選択的にエッチングして複数の厚さ領域を形成しつつ前記半導体基板から突出した前記絶縁分離トレンチのエッチング残りの部分を除去するとともに、最も厚さの薄い領域における前記素子形成領域に、対をなす電極が前記半導体基板の主面と裏面に分けて配置された両面電極素子を形成するように、前記最も厚さの薄い領域を含む少なくとも２つの厚さ領域の前記素子形成領域に前記素子を形成し、
    前記複数の厚さ領域及び前記素子の形成後、各チップにおいて、前記素子を形成した前記厚さ領域が一体的に残るように、前記半導体基板をダイシングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images