JPH02177454A - 誘電体分離基板、誘電体分離型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、互いに誘電体分離するように基板に形成され
た、耐圧の異なる少なくとも２個の素子を集積させた誘
電体分離型半導体装置およびその製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、高耐圧のパワー素子に加えて、制御や保護のため
の周辺回路を形成する低耐圧素子も１つの半導体装置に
集積した、いわゆるパワー集積回路が注１」されている
。このパワー集積回路においては、確実な絶縁分離を得
るために、各素子間の分離を絶縁体で行なう、いわゆる
誘電体分離法を採用することが望ましい。それは、誘電
体分離法がｐ−ｎ接合分離法と比較して、（１）漏れ電
流を小さくすることができる；（２）耐圧をある程度以
上大きくすることができる：（３）電圧印加の極性を考
慮する必要がない、等の利点を有するためである。

また、理想的な誘電体分離は各素子を７ｄ極接続部を除
いて絶縁体で完全に包みこむことで達成される。このた
めの誘電体分離法としては、サファイア上にシリコンを
エピタキシャル成長させた、５ｏｓ２！板を用いる方法
が知られている。

しかし、サファイアはシリコンとの結晶整合性が完全で
はなく、良質のシリコン単結晶が得られなかったり、シ
リコン膜厚を充分厚くできなかったりして、作製できる
素子の種類に制限がある。

また、上記のような誘電体分離基板を用いることによる
欠点を解決するための誘電体分離法として以下のような
方法が知られている。

（１）シリコン単結晶の表面の一部をエツチングして凹
所を形成し、ここに酸化膜を形成した後に、多結晶シリ
コンを、酸化膜上に堆積し、シリコン単結晶を研磨する
ことで、多結晶シリコンで保持された単結晶島領域を得
る方法＝（２）シリコン単結晶の表面に形成した絶縁膜
上に堆積した非晶質シリコンを再結晶させる方法；　（
３）　２枚のシリコン基板を絶縁膜を介して直接接着し
、一体化する方法などである。

ここでは、上記従来方法の内、（３）の直接接着を応用
した誘電体分離基板の製造方法および半導体装置を、第
３Ａ図乃至第３Ｈ図を参照して説明する。

接着面側を鏡面研磨した、ｐ型の２枚のシリコン基板３
１．３２を用意する（第３Ａ図）。

方のシリコン基板３１の接着側面に、ｐ型の不純物拡散
を行ない、高濃度拡散層３３を形成し、この上にシリコ
ン酸化膜３４を形成する（第３Ｂ図）。次にこれらのシ
リコン基板３１．３２を清浄化した後、接着側面相互を
直接接着して一体化する（第３Ｃ図）。更に研磨、エツ
チング等の方法で、シリコン基板３１の厚味を減らし、
素子形成に適する厚さとする（第３Ｄ図）。シリコン基
板３１は素子が形成され、活性側の基板となるため、以
後これを活性層３１と称する。この活性層３１はシリコ
ン酸化膜３４によって支持基板となるシリコン基板３２
と縦方向に絶縁分離されている。そして活性層３１の主
面より界面たるシリコン酸化膜３４まで、異方性エツチ
ングにより複数の７字型の溝３５を形成して、活性層３
１を島状に分離する（第３Ｅ図）　そして、７字型の溝
３５にｐ型の不純物を拡散して、高濃度拡散層３６形成
した後に、島領域同士の横方向の絶縁分離をするために
シリコン酸化膜３７を形成する（第３Ｆ図）。その後、
この７字型の溝３５に多結晶シリコン層を成長させた後
、研磨、エツチング等の方法で平坦化し、７字型の溝３
５に多結晶シリコン層３８を形成し、：Ｊ５ｍ体分離基
板を得る（第３Ｇ図）。

更に、誘電体分離された活性層３１の島領域３９に高耐
圧パワー素子と低耐圧素子とを形成し、誘電体分離型半
導体装置を得る（第３Ｈ図）。この半導体装置の一実施
例として、高耐圧パワー素子として横型の絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタＴ１が、また低耐圧素子として
２つのｎｐｎトランジスタＴ２及びＴ３を設けたものを
示している。このｎｐｎ）ランジスタＴ２及びＴ３同士
はジャンクション分離されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このような従来の誘電体分＃を基板の製造方法
では、素子が形成される活性層３１は全面に亙って、同
じ導電型で同じ不純物濃度となるという問題がある。高
耐圧素子Ｔ、の耐圧に応じた不純物濃度と低耐圧索子Ｔ
２及びＴ３の耐圧に応じた不純物濃度とは大きく異なる
。従って、第３Ｈ図の様に高耐圧索子Ｔ１と低耐圧素子
１２及びＴ３とを同じ油性層に集積する場合を考えてみ
ると、活性層３１は高耐圧素子Ｔ】の耐圧に応じた不純
物濃度に合わされることとなり、低耐圧索子Ｔ２及びＴ
３は必要以上に不純物濃度が低い活性層３１に作られる
こととなる。このため、ジャンクション分離をした際に
、接合付近に発生する空乏層が大きくなり、低耐圧素子
Ｔ２及びＴ３相互の分離に大きな面積が必要となる。低
耐圧素子は論理回路等に多く用いられるので、低耐圧素
子相互の分離面積の増大は、パワー集積回路の集積度を
低下させることとなる。

また第３Ｈ図のように、高耐圧索子Ｔ１がｐ型の活性層
に形成された場合、従来方法では必然的に低耐圧素子Ｔ
２及びＴ３もｐ型の活性層に形成されることとなる。こ
の状態で、低耐圧素子としてｐｎｐ縦型トランジスタを
作ろうとすると、１１型ウエルを設けなければならない
。これを避けようとすると、縦型より性能の劣る横型ｐ
ｎｐトランジスタにしなければならないという制約があ
る。

以上の様に従来の直接接着により作られた：Ａ重体分離
基板には、素子が設けられる活性層が基板全体に亙って
同じ導電型で、同じ不純物濃度であることから生じる、
集積度の低下や素子の構造と性能の制約などの解決すべ
き課題がある。

また以上の直接接着について述べた欠点は、前記の直接
接着以外の方法においても同様に生じる。

なお上記とは別の方法として、半導体基板表面に不純物
を部分的に拡散することで、第１の半導体基板の一部に
導電型や不純物濃度が異なる活性層の島領域を持つ誘電
体分離基板を得ることができる。しかし、このような方
法では、不純物の深い拡散に時間がかかり、また不純物
のプロファイルに制限がある等の欠点がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、互いに誘電体分離し、不純物の種類及び／又は
濃度が異なる２種類以上の活性層の島領域をもつ誘電体
分離基板とこの誘電体分離基板に耐圧の異なる素子を集
積させた誘電体骨＃を型半導体装置およびその製造方法
を提供することである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明は不純物の種類及び／
又は濃度が異なる２種類以上の活性層の島領域をもつ第
１の半導体基板と、支持基板となる第２の半導体基板と
が絶縁膜を介して接Ｗ−体化し、前記活性層の島領域同
士が、前記第１の半導体基板の主面より前記絶縁膜に届
く絶縁膜により絶縁分離されることを特徴とする。そし
て、前記誘電体分離基板の島領域は、不純物濃度が異な
る少なくとも２個の島領域よりなり、不純物濃度が低い
島領域に高耐圧素子を、不純物濃度が高い島領域に低耐
圧素子を設けたことを特徴とする誘電体分離型半導体装
置である。

そして、前記誘電体分離基板の製造方法としては、第１
の半導体基板の主面に凹所を形成し、この凹所に、前記
第１の半導体基板とは不純物の種類及び／又は濃度が異
なる単結晶層をエピタキシャル成長させ、この単結晶層
を平坦化し、この゛１′−坦而と第２の半導体基板の主
面とを絶縁膜を介して接着することにより一体化し、前
記第１の半導体基板の他面を、前記単結晶層が露出する
まで平坦化したことを特徴とする。

（作用） 本発明では、第１の半導体基板の主面に凹所を形成し、
この凹所に、前記第１の半導体基板とは不純物の種類及
び／又は濃度が異なる単結晶層をエピタキシャル成長さ
せ、この単結晶層を平坦化し、この平坦面と第２の半導
体基板の主面とを絶縁膜を介して接着することにより一
体化し、前記第１の半導体基板の他面を、前記単結晶層
が露出するまで平坦化したため、不純物の種類及び／又
は濃度が異なる２種類以上の活性層の島領域を第１の半
導体基板に形成でき、この各活性層の島領域に、それぞ
れに応じた耐圧の素子を設けることで、素子特性の良い
、集積度が向上したパワー集積回路が形成できる。第１
の半導体基板と、支持基板となる第２の半導体基板が絶
縁膜を介して接着一体化しているため、縦方向の絶縁分
離が為され、第１の半導体基板の主面より、前記絶縁膜
に届く絶縁膜を形成したことにより横方向の絶縁分離が
為される。

（実施例） 本発明の第１の実施例に係わる誘電体性Ｍ基板および誘
電体分離型半導体装１５の製造方法を、第１Ａ図乃至第
１Ｊ図を参照して、順次工程を追って説明する。

接着側面を゛鏡面研磨し、ボロンを ２　Ｘ　１０　”　ｃ　ｍ−３の濃度で含むｐ″″型シ
リコン単結晶基板１の面方位（１００）面の主面に、シ
リコン酸化膜２を形成する。次に、このシリコン酸化膜
２をフォトエツチング等の方法を用いてパタニングし、
バターニングしたシリコン酸化膜２をマスクとして、フ
ッ酸、硝酸、酢酸による混酸でシリコン単結晶基板１の
主面をエツチングし、深さ６０μｍの凹所３を形成する
（第１Ａ図）。

マスクとしたシリコン酸化膜２をエツチング除去し、前
記凹所３を完全に埋め込むまで、不純物としてボロンを
１ｘｌＯ１６ａｍ−３＆むｐ型シリコン単結晶層４をシ
リコン単結晶基板１の主面全面に形成する（第１Ｂ図）
。そして、シリコン単結晶基板１の表面が露出するまで
、過剰に堆積したシリコン単結晶層４・を研磨し、さら
に鏡面に仕上げた後に、ボロンによる不純物拡散をして
、Ｐ十型の高濃度不純物拡散層５を形成し、そして縦方
向の絶縁膜となるシリコン酸化膜６を１μｍ形成する（
第１Ｃ図）。この場合酸化膜はシリコン単結晶基板１及
びシリコン基板７の両方に形成してもよいが、シリコン
単結晶基板１だけに酸化膜を形成する方が、反りが少な
くなり好ましい。

更に、支持基板とするシリコン基板７の接着側面を鏡面
研磨する。このシリコン基板７と前記シリコン単結晶基
板１を硫酸と過酸化水素混合液、塩酸と過酸化水素混合
液、王水等のいずれかで洗浄した後、１０分程度水洗し
、そして、スピンナ等で脱水処理をする。その後例えば
クラス１００以下の清浄な雰囲気中で、実質的に異物が
混入しないように、これらの両シリコン基板１及び７の
鏡面同士を密着させて、接着する。更に、この接むした
シリコン基板１及び７を少量の酸素を含む窒素中で１１
００°Ｃ１２時間の熱処理を行なって、２枚のシリコン
基板１及び７を完全に一体化する。

次に、強固に一体化したシリコン単結晶基板１の裏面よ
りり１磨、エツチング等で、前記凹所３【１１に形成し
たシリコン単結晶層４が露出するまで平坦化し、鏡面に
仕上げる。その」二に、シリコン酸化膜８を形成し、シ
リコン単結晶基板１とシリコン単結晶４の界面９−Ｌの
シリコン酸化膜８の部分をフォトエツチングで選択的に
取り除く（第１Ｅ図）。このようにパターニングしたシ
リコン酸化ｊ漠８をマスクとして公知の異方性エツチン
グにより、シリコン基板７と前記シリコン単結晶基板１
の間にある絶縁膜６に達するまで、７字型の溝ＩＯを形
成した（第１Ｆ図）。次に、７字型の満１０の側壁にボ
ロンを不純物拡散することにより、ｐ十型の高濃度拡散
層１１を形成し、さらに横方向の絶縁分離のためのシリ
コン酸化膜１２を１μｍ形成した（第１Ｇ図）。そして
、この絶縁分離のためのシリコン酸化膜１２を形成した
７字型の溝１０が完全に埋め込まれるまで多結晶シリコ
ン層１３を堆積しく第１Ｈ図）、研磨、エツチング等の
平坦化処理を行なって、絶縁膜で完全に包み込まれた、
誘電体分離基板を得た（第１１図）。この誘電体分離基
板はボロンを２Ｘ１０”ｃｍ−３含む低不純物濃度のＰ
−型の島領域１４とボロンをｌＸｌ０１６ｃｍ−３含む
裔不純物濃度のｐ＋型の島領域１５をもつ。

第１Ｊ図は、上記の方法で製造した誘電体分離基板に半
導体素子を形成したもので、本発明の誘電体分離型半導
体装置の一実施例を示す断面図である。低不純物濃度の
Ｐ−型の島領域１４に高耐圧横型ゲート型バイポーラト
ランジスタＴ、が、また高不純物濃度のｐ十型の島領域
１５に低耐圧素子として２つのｎｐｎ）ランジスタＴ２
及びＴ３を設けている。このｎｐｎ）ランジスタＴ２及
びＴ３同士はジャンクション分離されている。

一方比較例として、凹所３と単結晶シリコン層４の形成
を行なわない以外は前記実施例と同様にして、誘電体分
離型半導装置を製造した。比較例では、高耐圧素子の高
耐圧横型ゲート型バイポーラトランジスタＴｌおよび低
耐圧素子のｎｐｎトランジスタＴ２及びＴ３のいずれも
が低不純物濃度の島領域に設けられることとなる。

ここでｎｐｎトランジスタＴ２のコレクタとＴ３のコレ
クタ間について、両者の距離と耐圧を調べた。その結果
、実施例では１０μｍの距離で５０Ｖの耐圧が得られた
が、比較例では同じ５０Ｖの耐圧が１すられるためには
２０μｍの距離が必要であった。このことより、本発明
方法は従来方法に比べ、約２倍の集積化が計れることが
分った。

次に本発明の第２の実施例に係わる誘電体分離型半導体
装置の断面構造を示した、第２図を説明する。

ｐ型の第１の半導体基板に形成した凹所にｎ型のシリコ
ンをエピタキシャル成長させるか、あるいは第１の半導
体基板としてをｎ型を用いて、この上に形成した凹所に
ｐ型のシリコンをエピタキシャル成長させれば、第２図
に示すように、ｎ型シリコンの島領域２１とｐ型シリコ
ンの島領域２２が形成される。これらの島領域２１と２
２は、第１の半導体基板に形成した凹所に成長させたシ
リコンと第１の半導体基板の界面に設けた分離溝２３の
側面に設けられたシリコン酸化膜２４により絶縁分離さ
れている。分離溝２３は′ポリシリコン２５で埋められ
ている。この分離溝２３はりアクティブイオンエツチン
グで掘られたトレンチ溝である。ｎ型シリコンの島領域
２１にはｐチャンネル横型絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタが、ｐ型シリコンの島領域２２にはｎチャンネ
ル横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが作られて
いる。このように半導体基板上に異種の導電型の島領域
を設けることで、それぞれの島領域に応じた素子を形成
することができ、半導体装置として、広い範囲に亙って
の応用が可能となる。

なおこれまで、本発明を直接接着について説明してきた
が、本発明は直接接着に限らずアノ−デイックボンディ
ング、スピンオンガラス等のその他の接着方法による誘
電体分離基板に適用できる。また、上記実施例は、シリ
コン基板について述べたが、他の基板にも応用できるこ
とはもちろんである。さらに絶縁膜については、シリコ
ン酸化膜について述べたが、他の絶縁膜例えば、チッ化
シリコン膜でもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では同一の誘電体分離基板
上に、不純物の種類及び／又は濃度が異なる２種類以上
の活性層の島領域を作製することができる。そして、こ
の誘電体分離基板を耐圧の異なる素子を集積させたパワ
ー集積回路に応用すれば、集積度向上や搭載素子の自由
度の増加等の効果があり、装置の小形化、高性能化に寄
与することとなる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図乃至第１Ｊ図は、本発明の第１の実施例を示す
、誘電体分離基板および誘電体分離型半導体装置の製造
方法の工程図である。第２図は、本発明の第２の実施例
を示す、誘電体分離型半導体装置の断面構造図である。 第３Ａ図乃至第３Ｈ図は、従来の誘電体分離型半導体装
置の製造方法を示す工程図である。 １．４．７．３１．３２・・・シリコン単結晶基板、１ １２゜ １０゜ ３３゜ ３．３８・・・シリコン多結晶層、２．６，８゜３４．
３７・・・シリコン酸化膜、３・・・凹所、３５・・・
７字型の溝、２３・・・分離溝、５，１１゜３６、・・
・高濃度不純物拡散層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）不純物の種類及び／又は濃度が異なる２種類以上
   の活性層の島領域をもつ第１の半導体基板と、支持基板
   となる第２の半導体基板とが絶縁膜を介して接着一体化
   し、前記活性層の島領域同士が、前記第１の半導体基板
   の主面より前記絶縁膜に届く絶縁膜により絶縁分離され
   ることを特徴とする誘電体分離基板。
2. （２）前記誘電体分離基板の島領域は、不純物濃度が異
   なる少なくとも２個の島領域よりなり、不純物濃度が低
   い島領域に高耐圧素子を、不純物濃度が高い島領域に低
   耐圧素子を設けたことを特徴とする請求項１記載の誘電
   体分離基板を用いた誘電体分離型半導体装置。
3. （３）第１の半導体基板の主面に凹所を形成し、この凹
   所に、前記第１の半導体基板とは不純物の種類及び／又
   は濃度が異なる単結晶層をエピタキシャル成長させ、こ
   の単結晶層を平坦化し、この平坦面と第２の半導体基板
   の主面とを絶縁膜を介して接着することにより一体化し
   、前記第１の半導体基板の他面を、前記単結晶層が露出
   するまで平坦化したことを特徴とする、請求項１記載の
   誘電体分離基板の製造方法。