JP5766462B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
たとえば、特許文献1に開示された半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成されたSiO2からなる埋め込み絶縁膜と、埋め込み絶縁膜上に形成されたSiからなる半導体膜と、半導体膜の一部の領域を囲うように形成されたトレンチ分離と、当該トレンチ分離で囲まれた領域内に形成され、半導体膜および埋め込み絶縁膜を貫通して半導体基板に接続された基板電位コンタクトとを備えている。
この方法によれば、不純物を注入する領域を大きくすることにより、活性層の表面に沿うコンタクト埋め込み不純物層の領域を簡単に大きくすることができる。そのため、基板電位コンタクトのためのホールの側面にドーパントを注入してSOI層に不純物領域を形成する特許文献2の方法(とりわけ、特許文献2の[図19]に開示された方法)により作製する場合に比べて、コンタクト埋め込み不純物層の断面積を大きくすることができる。その結果、従来の半導体装置に比べて、基板コンタクトの抵抗を一層低くすることができる。
そのため、前記基板コンタクトの形成後に、前記活性層の前記表面にフィールド絶縁膜を形成する工程と、前記フィールド絶縁膜における前記コンタクト領域上の一部を除去することにより、前記活性層の前記表面に沿う前記コンタクト埋め込み不純物層の幅よりも小さい幅の開口を前記フィールド絶縁膜に形成する工程とを実行することにより、前記活性層の前記表面に沿う前記コンタクト埋め込み不純物層の幅を、前記フィールド絶縁膜の前記開口の幅よりも大きくすることができる。
この構成によれば、活性層において、支持基板と活性層との間の導電路として利用できる部分を増やすことができるので、基板コンタクトの抵抗をより一層低くすることができる。
このような構成は、前記トランジスタ埋め込み不純物層として、前記活性層と同一の導電型を有するCMOS埋め込み層を形成する工程と、前記活性層と反対の導電型を有するCMOSアイソレーション層を形成する工程とを実行した後、前記CMOS埋め込み層を有する第1トランジスタおよび前記CMOSアイソレーション層を有する第2トランジスタからなるCMOSトランジスタを形成する工程を実行し、さらに、前記CMOS埋め込み層を形成する工程および/または前記CMOSアイソレーション層を形成する工程と、前記コンタクト埋め込み不純物層を形成する工程とを同時に行うことにより作製することができる。
このような構成は、前記トランジスタ露出不純物層として、前記活性層と同一の導電型を有する第1ウェル層を、前記CMOS埋め込み層に対して前記活性層の前記表面側から接するように形成する工程と、前記活性層と反対の導電型を有する第1ソース層および第1ドレイン層を、前記第1ウェル層の表層部に互いに間隔を空けて形成する工程と、前記活性層と反対の導電型を有する第2ウェル層を、前記CMOSアイソレーション層に対して前記活性層の前記表面側から接するように形成する工程と、前記活性層と同一の導電型を有する第2ソース層および第2ドレイン層を、前記第2ウェル層の表層部に互いに間隔を空けて形成する工程とを実行し、さらに、前記第1ウェル層を形成する工程、前記第2ウェル層を形成する工程、前記第1ソース層を形成する工程、前記第1ドレイン層を形成する工程、前記第2ソース層を形成する工程および前記第2ドレイン層を形成する工程のいずれかの工程と、前記コンタクト露出不純物層を形成する工程とを同時に行うことにより作製することができる。
すなわち、基板コンタクトの低抵抗化を発現するにあたって、バイポーラトランジスタのコレクタ層と同一層に形成された層を利用することができる。
このような構成は、前記トランジスタ露出不純物層として、前記活性層と反対の導電型を有するベース層を、前記コレクタ層との間に間隔が空くように形成する工程と、前記活性層と同一の導電型を有するエミッタ層を、前記ベース層の表層部に形成する工程とを実行し、さらに、前記ベース層を形成する工程および/または前記エミッタ層を形成する工程と、前記コンタクト露出不純物層を形成する工程とを同時に行うことにより作製することができる。
すなわち、基板コンタクトの低抵抗化を発現するにあたって、バイポーラトランジスタのシンカー層と同一層に形成された層を利用することができる。
また、本発明では、前記素子領域は、前記トランジスタ素子を取り囲む環状に形成され、前記素子領域を前記活性層における他の部分から絶縁分離するための素子分離部により区画されていてもよい。
そして、前記コンタクト領域は、素子領域内に設けられていてもよいし、素子領域外に設けられていてもよい。あるいは、前記半導体装置が、前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、電極パッドとをさらに含む場合、前記基板コンタクトは、前記電極パッドの直下に設けられていてもよい。
素子分離部およびコンタクト分離部は、前記支持基板に達する前記トレンチの形成後、同時に形成することが好ましい。たとえば、前記素子領域および前記コンタクト領域それぞれを取り囲むように、前記活性層の前記表面から前記埋め込み絶縁層に達する環状のディープトレンチを形成する工程と、各前記ディープトレンチの内壁を被覆する絶縁膜を形成する工程と、各前記ディープトレンチ内に半導体層を充填する工程とを実行することにより、同時に形成することができる。
ドライエッチングおよびウエットエッチングの組み合わせによりトレンチが形成される場合でも、上記のように素子分離部およびコンタクト分離部が、基板コンタクトのトレンチの形成後に形成されるのであれば、ウエットエッチングに用いられるエッチング媒体と、ディープトレンチの内壁を被覆する絶縁膜との接触を防止することができる。したがって、エッチング媒体による絶縁膜の性質の変化を防止することができる。
底部インプラ層が支持基板と反対の導電型である場合には、基板コンタクト(底部インプラ層)と支持基板との間にpn接合が形成されるので、これらの接合をGND(接地)用のダイオードなどとして利用することができる。
この構成により、支持基板と貫通コンタクトとの接合を、シリコン同士(同種類材料)の接合とすることができる。その結果、貫通コンタクトの熱膨張係数を、支持基板の熱膨張係数に近づけることができる。そのため、貫通コンタクトおよび支持基板を、ほぼ同じ度合で熱膨張および熱収縮させることができる。よって、一方の部材のみが熱膨張や熱収縮することによって、他方の部材が破損することを防止することができる。さらに、エレクトロマイグレーションやイオンマイグレーションを抑制することもできる。また、貫通コンタクトが重金属によって汚染されることを防止することもできる。これらの結果、信頼性に優れる半導体装置を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態を示す半導体装置のレイアウト図である。
半導体装置1は、平面視四角形状に形成された半導体基板としての厚膜SOI(Silicon On Insulator)基板2を備えている。厚膜SOI基板2の表面には、複数の電極パッド(PAD)3、複数の素子領域4および複数のコンタクト領域5が形成されている。
素子領域4は、電極パッド3で取り囲まれる半導体装置1の中央部に配置されている。各素子領域4は、平面視四角環状の素子分離部6により区画されており、各素子分離部6の内側に、トランジスタ素子としてのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ7またはバイポーラトランジスタ8が形成されている。各CMOSトランジスタ7および各バイポーラトランジスタ8は、素子分離部6により取り囲まれている。また、CMOSトランジスタ7は、この実施形態では、第1トランジスタとしてのp型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)9および第2トランジスタとしてのn型MOSFET10を有している。バイポーラトランジスタ8は、この実施形態では、npnバイポーラトランジスタ8である。
図2を参照して、図1において矢印A〜Eで示すCMOSトランジスタ7、npnバイポーラトランジスタ8、n型基板コンタクト12、パッド下にn型基板コンタクトを配置した例としてのn型基板コンタクト12(DTI分離形状で、かつPAD下に配置する場合 図2では「PAD下の場合」と表記)およびDTIで基板コンタクトを分離し、かつp型で構成した例としてのp型基板コンタクト13(DTI:Deep Trench Isolation分離)の内部構成を説明する。
また、n−型活性層16の不純物濃度は、たとえば、1×1014cm−3〜2×1015cm−3である。
<CMOSトランジスタ7>
CMOSトランジスタ7は、上記したように、p型チャネルのp型MOSFET9と、n型チャネルのn型MOSFET10とを有している。
B/L層29は、BOX層15および活性層16の表面17それぞれとの間に間隔が空くように、活性層16内に埋め込まれた層である。B/L層29の厚さは、作製方法により適宜変更することができるが、たとえば、3μm〜9μmである。また、n型のB/L層29の不純物濃度は、たとえば、1×1015cm−3〜1×1016cm−3である。
p+型ソース層32およびp+型ドレイン層31は、n型ウェル30の表層部において、活性層16の表面17に沿って互いに間隔を空けて形成されている。
p型チャネル領域33上には、ゲート絶縁膜34が形成されており、ゲート絶縁膜34上には、ゲート電極35が形成されている。また、ゲート絶縁膜34およびゲート電極35の周囲には、サイドウォール36が形成されている。
L/I層37は、BOX層15に接し、活性層16の表面17との間に間隔が空くように、活性層16内に埋め込まれた層である。L/I層37の厚さは、たとえば、5μm〜15μmで、B/L層29の厚さよりも大きい。また、p型のL/I層37の不純物濃度は、たとえば、1×1015cm−3〜1×1017cm−3である。
n+型ソース層40およびn+型ドレイン層39は、p型ウェル38の表層部において、活性層16の表面17に沿って互いに間隔を空けて形成されている。
n型チャネル領域41上には、ゲート絶縁膜42が形成されており、ゲート絶縁膜42上には、ゲート電極43が形成されている。また、ゲート絶縁膜42およびゲート電極43の周囲には、サイドウォール44が形成されている。
<npnバイポーラトランジスタ8>
npnバイポーラトランジスタ8は、トランジスタ埋め込み層としてのn型のコレクタ層49と、トランジスタ露出不純物層としての、p型のベース層50、n+型のエミッタ層51およびn型のシンカー層52とを有している。
シンカーコンタクト領域53の厚さ(深さ)は、この実施形態では、n+型ソース層40およびn+型ドレイン層39の厚さと同じ大きさである。また、n+型のシンカーコンタクト領域53の不純物濃度は、たとえば、可能な限り高い不純物濃度に設定している。
<n型基板コンタクト12>
n型基板コンタクト12は、n型Si基板14に対してSi基板14と同一の導電型(n型)の部分によりオーミックコンタクトを形成するものであって、コンタクト埋め込み不純物層としてのn型コンタクト埋め込み層57と、貫通コンタクト58と、コンタクト露出不純物層としてのn型コンタクト露出層59と、n+型底部インプラ層60とを有している。
ここで、「互いに同一層に形成された層」とは、後述する図3A〜図3Nに示すように、同一の工程により互いに同時進行で作製される層同士の関係を指している(以下、同様)。つまり、n型コンタクト埋め込み層57は、B/L層29およびコレクタ層49と同一の工程により作製される。
貫通コンタクト58は、n型不純物がドーピングされたポリシリコンからなり、活性層16の表面17から活性層16およびBOX層15を貫通してSi基板14に達する平面視長方形状の柱状に形成されている。具体的には、柱状の貫通コンタクト58は、活性層16を貫通するコンタクト本体61と、BOX層15を貫通してSi基板14に接続されたコンタクト底部62とを含み、コンタクト底部62がコンタクト本体61よりも幅広に形成されている。この幅広のコンタクト底部62には、貫通コンタクト58の長手方向(平面視の長辺に沿う方向)に沿って延びる細長い空隙63が形成されている。なお、空隙63は、半導体装置1の作製条件によって形成されないこともある。
n型コンタクト取り出し部65は、この実施形態では、シンカー層52と互いに同一層に形成された層であり、シンカー層52と同様に、その上部が残りの部分よりも不純物濃度が高いn+型の電位取り出し用コンタクト領域66とされている。
n+型底部インプラ層60は、Si基板14の表層部に形成されており、貫通コンタクト58のコンタクト底部62に接続されている。また、n+型底部インプラ層60の不純物濃度は、たとえば、可能な限り高い不純物濃度に設定している。このn型基板コンタクト12は、Si基板14(n型)と底部インプラ層(n+型)の導電型が同じであることから、Si基板14との間にオーミックコンタクトを形成する。
また、第1層間絶縁膜25上には、コンタクト配線68が形成されている。コンタクト配線68は、第1層間絶縁膜25を貫通し、フィールド絶縁膜24の開口67を介してn型コンタクト取り出し部65(n+型電位取り出し用コンタクト領域66)に接続されている。これにより、Si基板14の電位を、n+型底部インプラ層60、貫通コンタクト58およびコンタクト配線68によって活性層16の表面17側に取り出すことができる。
<n型基板コンタクト12(DTI分離形状で、かつPAD下に配置する場合)>
この項において、前述のn型基板コンタクト12の各部に対応する部分には、当該各部と同一の参照符号を付している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
複数のn型基板コンタクト12は、互いに間隔を空けて並べて配置されている。互いに間隔を空けて設けられたn型基板コンタクト12の貫通コンタクト58間には、BOX層15の厚さに依存した幅設定の間隔を設ける。具体的には、BOX層15の厚さの2倍以上の間隔が設けられている。これよりも間隔が狭いと、たとえば、後述する工程においてBOX層15をウエットエッチングで除去する際(図3E参照)、隣り合うn型基板コンタクト12(トレンチ80)を隔てる活性層16の一部が、エッチング液により侵食(サイドエッチング)されて除去されてしまうおそれがある。なお、図3Eに示す工程において、BOX層15をドライエッチングする場合には、上記間隔は、BOX層15の厚さの2倍未満にすることができる。
<p型基板コンタクト13(DTI分離形状)>
この項において、前述のn型基板コンタクト12の各部に対応する部分には、当該各部と同一の参照符号を付している。また、以下では、同一の参照符号を付した部分についての詳細な説明を省略する。
複数のp型基板コンタクト13は、互いに間隔を空けて並べて配置されている。互いに間隔を空けて設けられたp型基板コンタクト13の貫通コンタクト58間には、BOX層15の厚さに依存した幅設定の間隔を設ける。具体的には、BOX層15の厚さの2倍以上の間隔が設けられている。
前述の半導体装置1を製造するには、たとえば、図3Aに示すように、厚膜SOI基板2を準備する。この厚膜SOI基板2の活性層16の厚さは、たとえば、8μm〜30μmである。
次に、図3Fに示すように、n+型底部インプラ層60を形成すべき部分を露出させるトレンチ80内へn型不純物(たとえば、ヒ素(As))を選択的に注入する。続いて、p+型底部インプラ層73を形成すべき部分を露出させるp型不純物(たとえば、ホウ素(B))を選択的に注入する。なお、n型不純物およびp型不純物の注入順序は、入れ替わってもよい。これにより、n+型底部インプラ層60およびp+型底部インプラ層73が同時に形成される。
次に、図3Hに示すように、貫通コンタクト58を覆うように活性層16の表面17にSiO2からなる保護膜81の形成後、素子領域4およびコンタクト領域5へn型不純物(たとえば、ヒ素(As))を選択的に注入する。続いて、SOI基板を、たとえば、1000℃〜1100℃で熱処理することにより、n型不純物が活性層16の表層部に拡散する。これにより、npnトランジスタのシンカー層52およびn型コンタクト取り出し部65が同時に形成される。
次に、図3Lに示すように、CVD法により、第1ディープトレンチ18および第2ディープトレンチ21内にポリシリコンを埋設する。これにより、第1ポリシリコン層20および第2ポリシリコン層23が形成されて、素子分離部6およびコンタクト分離部11が同時に形成される。その後、第1ディープトレンチ18および第2ディープトレンチ21外の絶縁膜82を剥離する。
次に、図3Nに示すように、素子領域4およびコンタクト領域5へn型不純物(たとえば、ヒ素(As))を選択的に注入する。続いて、素子領域4およびコンタクト領域5へp型不純物(たとえば、ホウ素(B))を選択的に注入する。なお、n型不純物およびp型不純物の注入順序は、入れ替わってもよい。続いて、SOI基板を、たとえば、800℃〜900℃で熱処理することにより、n型不純物およびp型不純物が活性層16の表層部に拡散する。これにより、p+型ソース層32、p+型ドレイン層31、n+型ソース層40、n+型ドレイン層39、n+型電位取り出し用コンタクト領域66およびp+型コンタクト取り出し部75が同時に形成される。その後、第1層間絶縁膜25、各配線、第2層間絶縁膜26、電極パッド3および表面保護膜27を形成する工程等を行うことにより、図2に示す半導体装置1が得られる。
また、図3Cの工程において活性層16のエピタキシャル成長量を制御することにより、活性層16におけるn型コンタクト埋め込み層57,69の上方の部分の厚さを簡単に調節することができる。そのため、この成長量に応じて、n型コンタクト露出層59を形成する際の活性層16へのn型不純物の注入深さを調節することにより、n型コンタクト露出層59を個別に制御することができる。したがって、得ようとするn型基板コンタクト12の特性に応じて、n型コンタクト埋め込み層57,69およびn型コンタクト露出層59それぞれの不純物濃度を精密に制御することができる。その結果、不純物濃度の増減に伴って変化するn型コンタクト埋め込み層57,69およびn型コンタクト露出層59それぞれの抵抗値を精密に制御することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
また、前述の実施形態では、厚膜SOI基板2は、n型のSi基板14およびn−型の活性層16の組み合わせであったが、たとえば、n型のSi基板およびp−型の活性層、p型のSi基板およびn−型の活性層、ならびにp型のSi基板およびp−型の活性層の組み合わせであってもよい。Si基板がp型の場合には、Si基板にp+型底部インプラ層を形成することにより、基板コンタクトとSi基板との間にオーミックコンタクトを形成でき、Si基板にn+型底部インプラ層を形成することにより、当該n+型底部インプラ層とSi基板(p型)との間にpn接合を形成することができる。
また、n型基板コンタクト12およびp型基板コンタクト13の平面形状は、長方形である必要はなく、たとえば、正方形状、円形状、田の字形状、目の字形状などであってもよい。その場合、これらの形状を構成するトレンチの幅は、加工上のマージンを考慮して、一定幅であることが好ましい。
本発明の半導体装置は、たとえば、電気自動車(ハイブリッド車を含む)、電車、産業用ロボットなどの動力源として利用される電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられるパワーモジュール(高耐圧用途)に組み込むことができる。また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置(とくに自家発電装置)が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路に用いられるパワーモジュールにも組み込むことができる。
2 厚膜SOI基板
3 電極パッド
4 素子領域
5 コンタクト領域
6 素子分離部
7 CMOSトランジスタ
8 npnバイポーラトランジスタ
9 p型MOSFET
10 n型MOSFET
11 コンタクト分離部
12 n型基板コンタクト
13 p型基板コンタクト
14 Si基板
15 BOX層
16 活性層
17 (活性層の)表面
18 第1ディープトレンチ
19 第1トレンチ薄膜
20 第1ポリシリコン層
21 第2ディープトレンチ
22 第2トレンチ薄膜
23 第2ポリシリコン層
24 フィールド絶縁膜
25 第1層間絶縁膜
26 第2層間絶縁膜
27 表面保護膜
29 B/L層
30 n型ウェル
31 p+型ドレイン層
32 p+型ソース層
37 L/I層
38 p型ウェル
39 n+型ドレイン層
40 n+型ソース層
49 コレクタ層
50 ベース層
51 エミッタ層
52 シンカー層
53 シンカーコンタクト領域
57 n型コンタクト埋め込み層
58 貫通コンタクト
59 n型コンタクト露出層
60 n+型底部インプラ層
61 コンタクト本体
62 コンタクト底部
63 空隙
64 n型環状コンタクトウェル
65 n型コンタクト取り出し部
66 電位取り出し用コンタクト領域
69 n型コンタクト埋め込み層
70 n型環状コンタクトウェル
71 p型コンタクト埋め込み層
72 p型コンタクト露出層
73 p+型底部インプラ層
74 p型環状コンタクトウェル
75 p型コンタクト取り出し部
79 ハーフトレンチ
80 トレンチ
Claims (34)
- 素子領域およびコンタクト領域が形成された第1導電型の活性層、前記活性層を支持する第2導電型の支持基板、および前記活性層と前記支持基板との間に挟まれ、前記活性層と前記支持基板とを電気的に絶縁する埋め込み絶縁層を有する半導体基板と、
前記素子領域に形成され、前記活性層の表面との間に間隔を空けて前記活性層内に形成されたトランジスタ埋め込み不純物層を有するトランジスタ素子と、
前記コンタクト領域に形成され、前記トランジスタ埋め込み不純物層と同一層に形成されたコンタクト埋め込み不純物層、および前記活性層の前記表面から前記コンタクト埋め込み不純物層および前記埋め込み絶縁層を貫通して前記支持基板に達する複数の貫通コンタクトを有する基板コンタクトとを含み、
前記複数の貫通コンタクトの間隔は、前記埋め込み絶縁層の厚さの2倍以上であり、
前記トランジスタ素子は、第1トランジスタおよび第2トランジスタからなるCMOSトランジスタを含み、
前記第1トランジスタは、前記活性層と同一の導電型を有する前記トランジスタ埋め込み不純物層としてのCMOS埋め込み層を含み、
前記第2トランジスタは、前記活性層と反対の導電型を有し、前記埋め込み絶縁層に接するように形成された、前記トランジスタ埋め込み不純物層としてのCMOSアイソレーション層を含み、
前記コンタクト埋め込み不純物層は、少なくとも前記CMOSアイソレーション層と同一層に形成された層を含む、半導体装置。 - 前記活性層の前記表面に形成され、前記コンタクト領域の一部を露出させる開口が形成されたフィールド絶縁膜をさらに含み、
前記活性層の前記表面に沿う前記コンタクト埋め込み不純物層の幅が、前記フィールド絶縁膜の前記開口の幅よりも大きい、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタ素子は、前記トランジスタ埋め込み不純物層上に形成され、前記活性層の前記表面の一部を形成するトランジスタ露出不純物層をさらに含み、
前記基板コンタクトは、前記トランジスタ露出不純物層と同一層に形成され、前記貫通コンタクトに接するコンタクト露出不純物層をさらに含む、請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記コンタクト埋め込み不純物層は、前記CMOS埋め込み層と同一層に形成された層を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1トランジスタは、
前記活性層と同一の導電型を有し、前記CMOS埋め込み層に対して前記活性層の前記表面側から接する前記トランジスタ露出不純物層としての第1ウェル層と、
前記活性層と反対の導電型を有し、前記第1ウェル層の表層部に互いに間隔を空けて形成された前記トランジスタ露出不純物層としての第1ソース層および第1ドレイン層とを含み、
前記第2トランジスタは、
前記活性層と反対の導電型を有し、前記CMOSアイソレーション層に対して前記活性層の前記表面側から接する前記トランジスタ露出不純物層としての第2ウェル層と、
前記活性層と同一の導電型を有し、前記第2ウェル層の表層部に互いに間隔を空けて形成された前記トランジスタ露出不純物層としての第2ソース層および第2ドレイン層とを含み、
前記コンタクト露出不純物層は、前記第1ウェル層、前記第2ウェル層、前記第1ソース層、前記第1ドレイン層、前記第2ソース層および前記第2ドレイン層のいずれかの層と同一層に形成された層を含む、請求項3に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタ素子は、バイポーラトランジスタを含み、
前記バイポーラトランジスタは、前記活性層と同一の導電型を有する前記トランジスタ埋め込み不純物層としてのコレクタ層を含み、
前記コンタクト埋め込み不純物層は、前記コレクタ層と同一層に形成された層を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記バイポーラトランジスタは、
前記活性層と反対の導電型を有し、前記コレクタ層との間に間隔を空けて形成された前記トランジスタ露出不純物層としてのベース層と、
前記活性層と同一の導電型を有し、前記ベース層の表層部に形成された前記トランジスタ露出不純物層としてのエミッタ層とを含み、
前記コンタクト露出不純物層は、前記ベース層および/または前記エミッタ層と同一層に形成された層を含む、請求項3に係る請求項6に記載の半導体装置。 - 前記バイポーラトランジスタは、前記活性層と同一の導電型を有し、前記活性層の前記表面から前記ベース層を迂回して前記コレクタ層に達する前記トランジスタ露出不純物層としてのシンカー層をさらに含み、
前記コンタクト露出不純物層は、前記シンカー層と同一層に形成された層を含む、請求項3に係る請求項7に記載の半導体装置。 - 前記素子領域は、前記トランジスタ素子を取り囲む環状に形成され、前記素子領域を前記活性層における他の部分から絶縁分離するための素子分離部により区画されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記素子分離部は、前記活性層の前記表面から前記埋め込み絶縁層に達する環状の第1ディープトレンチと、前記第1ディープトレンチの内壁を被覆する第1絶縁膜と、前記第1ディープトレンチ内に充填された第1半導体層とを含む、請求項9に記載の半導体装置。
- 前記コンタクト領域は、前記素子領域内に設けられた素子領域内コンタクト領域を含む、請求項9または10に記載の半導体装置。
- 前記コンタクト領域は、前記素子領域外に設けられた素子領域外コンタクト領域を含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成され、電極パッドとをさらに含み、
前記基板コンタクトは、前記電極パッドの直下に設けられたパッド下基板コンタクトを含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記コンタクト領域は、前記基板コンタクトを取り囲む環状に形成され、前記活性層の前記表面から前記埋め込み絶縁層に達するコンタクト分離部により区画されている、請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記コンタクト分離部は、前記活性層の前記表面から前記埋め込み絶縁層に達する環状の第2ディープトレンチと、前記第2ディープトレンチの内壁を被覆する第2絶縁膜と、前記第2ディープトレンチ内に充填された第2半導体層とを含む、請求項14に記載の半導体装置。
- 前記第1導電型および前記第2導電型は互いに同じ導電型であり、n型またはp型である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1導電型および前記第2導電型は互いに異なる導電型であり、一方がn型であり、他方がp型である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記基板コンタクトは、前記支持基板における前記貫通コンタクトとの接続部分に形成された底部インプラ層を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記基板コンタクトは、前記支持基板と同一の導電型を有する前記底部インプラ層を有する第1基板コンタクトを含む、請求項18に記載の半導体装置。
- 前記基板コンタクトは、前記支持基板と反対の導電型を有する前記底部インプラ層を有する第2基板コンタクトを含む、請求項18または19に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板は、前記活性層および前記支持基板がシリコンからなり、前記埋め込み絶縁層が酸化シリコンからなるSOI基板を含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記貫通コンタクトは、ポリシリコンからなる、請求項1〜21のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 素子領域およびコンタクト領域が形成された第1導電型の活性層、前記活性層を支持する第2導電型の支持基板、および前記活性層と前記支持基板との間に挟まれ、前記活性層と前記支持基板とを電気的に絶縁する埋め込み絶縁層を有する半導体基板を準備する工程と、
前記活性層の表面から前記素子領域および前記コンタクト領域へ選択的に不純物を注入することにより、前記素子領域の表面に露出する第1不純物層と、前記コンタクト領域の表面に露出する第2不純物層とを同時に形成する工程と、
前記活性層をエピタキシャル成長させ、前記埋め込み絶縁層に対する前記活性層の前記表面の高さを嵩上げすることにより、前記第1不純物層を、嵩上げされた当該表面との間に間隔を空けたトランジスタ埋め込み不純物層として形成し、同時に、前記第2不純物層を、嵩上げされた当該表面との間に間隔を空けたコンタクト埋め込み不純物層として形成する工程と、
前記トランジスタ埋め込み不純物層を有するトランジスタ素子を、前記素子領域に形成する工程と、
前記活性層の前記表面から前記コンタクト埋め込み不純物層および前記埋め込み絶縁層を貫通して前記支持基板に達する複数のトレンチを前記埋め込み絶縁層の厚さの2倍以上の間隔で形成する工程、および当該トレンチ内に前記活性層および前記支持基板の両方に接する複数の貫通コンタクトを埋設する工程を行うことにより、前記コンタクト埋め込み不純物層および前記複数の貫通コンタクトを有する基板コンタクトを、前記コンタクト領域に形成する工程とを含み、
前記トランジスタ埋め込み不純物層を形成する工程は、前記トランジスタ埋め込み不純物層として、
前記活性層と同一の導電型を有するCMOS埋め込み層を形成する工程と、
前記活性層と反対の導電型を有するCMOSアイソレーション層を、前記埋め込み絶縁層に接するように形成する工程とを含み、
前記トランジスタ素子を形成する工程は、前記CMOS埋め込み層を有する第1トランジスタおよび前記CMOSアイソレーション層を有する第2トランジスタからなるCMOSトランジスタを形成する工程を含み、
前記コンタクト埋め込み不純物層を形成する工程は、少なくとも前記CMOSアイソレーション層を形成する工程と同時に行う工程を含む、半導体装置の製造方法。 - 前記基板コンタクトの形成後に、前記活性層の前記表面に、前記活性層の前記表面に沿う前記コンタクト埋め込み不純物層の幅よりも小さい幅の開口を有するフィールド絶縁膜を形成する工程をさらに含む、請求項23に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トランジスタ素子を形成する工程は、前記トランジスタ埋め込み不純物層の形成後、前記活性層の表面から前記素子領域へ選択的に不純物を注入することにより、前記活性層の前記表面の一部を形成するトランジスタ露出不純物層を、前記トランジスタ埋め込み不純物層上に形成する工程をさらに含み、
前記基板コンタクトを形成する工程は、前記素子領域への前記不純物の注入時に前記コンタクト領域へ選択的に不純物を同時に注入することにより、前記活性層の前記表面の一部を形成するコンタクト露出不純物層を、前記コンタクト埋め込み不純物層上に形成する工程をさらに含む、請求項23または24に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記コンタクト埋め込み不純物層を形成する工程は、前記CMOS埋め込み層を形成する工程と同時に行う工程を含む、請求項23〜25のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トランジスタ露出不純物層を形成する工程は、前記トランジスタ露出不純物層として、
前記活性層と同一の導電型を有する第1ウェル層を、前記CMOS埋め込み層に対して前記活性層の前記表面側から接するように形成する工程と、
前記活性層と反対の導電型を有する第1ソース層および第1ドレイン層を、前記第1ウェル層の表層部に互いに間隔を空けて形成する工程と、
前記活性層と反対の導電型を有する第2ウェル層を、前記CMOSアイソレーション層に対して前記活性層の前記表面側から接するように形成する工程と、
前記活性層と同一の導電型を有する第2ソース層および第2ドレイン層を、前記第2ウェル層の表層部に互いに間隔を空けて形成する工程とを含み、
前記コンタクト露出不純物層を形成する工程は、前記第1ウェル層を形成する工程、前記第2ウェル層を形成する工程、前記第1ソース層を形成する工程、前記第1ドレイン層を形成する工程、前記第2ソース層を形成する工程および前記第2ドレイン層を形成する工程のいずれかの工程と同時に行う工程を含む、請求項25に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トランジスタ埋め込み不純物層を形成する工程は、前記トランジスタ埋め込み不純物層として、前記活性層と同一の導電型を有するコレクタ層を形成する工程を含み、
前記トランジスタ素子を形成する工程は、前記コレクタ層を有するバイポーラトランジスタを形成する工程を含み、
前記コンタクト埋め込み不純物層を形成する工程は、前記コレクタ層を形成する工程と同時に行う工程を含む、請求項23〜27のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トランジスタ露出不純物層を形成する工程は、前記トランジスタ露出不純物層として、
前記活性層と反対の導電型を有するベース層を、前記コレクタ層との間に間隔が空くように形成する工程と、
前記活性層と同一の導電型を有するエミッタ層を、前記ベース層の表層部に形成する工程とを含み、
前記コンタクト露出不純物層を形成する工程は、前記ベース層を形成する工程および/または前記エミッタ層を形成する工程と同時に行う工程を含む、請求項25に係る請求項28に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トランジスタ露出不純物層を形成する工程は、前記トランジスタ露出不純物層として、前記活性層と同一の導電型を有するシンカー層を、前記活性層の前記表面から前記ベース層を迂回して前記コレクタ層に達するように形成する工程を含み、
前記コンタクト露出不純物層を形成する工程は、前記シンカー層を形成する工程と同時に行う工程を含む、請求項25に係る請求項29に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トレンチを形成する工程は、
ドライエッチングにより、前記活性層の前記表面から前記埋め込み絶縁層までのハーフトレンチを形成する工程と、
ウエットエッチングにより、前記ハーフトレンチの底壁を形成する前記埋め込み絶縁層を除去する工程とを含む、請求項23〜30のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記支持基板に達する前記トレンチを形成した後、前記貫通コンタクトの埋設に先立って、前記トレンチの底壁に不純物を注入することにより、前記支持基板に底部インプラ層を形成する工程をさらに含む、請求項23〜31のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記支持基板に達する前記トレンチの形成後、前記素子領域を前記活性層の他の部分から絶縁分離するための素子分離部と、前記コンタクト領域を前記活性層の他の部分から絶縁分離するためのコンタクト分離部とを同時に形成する工程をさらに含む、請求項23〜32のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記素子分離部および前記コンタクト分離部を形成する工程は、
前記素子領域および前記コンタクト領域それぞれを取り囲むように、前記活性層の前記表面から前記埋め込み絶縁層に達する環状のディープトレンチを形成する工程と、
各前記ディープトレンチの内壁を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
各前記ディープトレンチ内に半導体層を充填する工程とを含む、請求項33に記載の半導体装置の製造方法。
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