JPH0653310A - Semiconductor device and its manufacture method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高耐圧横型トランジス
タを有する半導体集積回路装置の耐圧構造およびその製
造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a withstand voltage structure of a semiconductor integrated circuit device having a high withstand voltage lateral transistor and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】絶縁膜上にシリコン膜を形成したＳＯＩ
（Silicon On Insulator）技術を利用した半導体装置の
研究開発は著しい。ＳＯＩ構造の半導体基板（以下、Ｓ
ＯＩ基板という）の形成法としては、堆積膜再結晶法、
単結晶分離法、エピタキシアル堆積法、酸化膜接着法な
どいくつか考えられるが、特に、酸化膜接着法による基
板は、活性層となる上部半導体基板を比較的厚く形成す
ることができるので高耐圧横型トランジスタを組み込ん
だ集積回路などに多く適用される。2. Description of the Related Art SOI having a silicon film formed on an insulating film
Research and development of semiconductor devices using (Silicon On Insulator) technology is remarkable. SOI structure semiconductor substrate (hereinafter referred to as S
As a method of forming an OI substrate), a deposited film recrystallization method,
There are several possible methods such as the single crystal separation method, the epitaxial deposition method, and the oxide film adhesion method. Especially, in the case of the oxide film adhesion method, since the upper semiconductor substrate to be the active layer can be formed relatively thick, it has a high breakdown voltage. It is often applied to integrated circuits that incorporate lateral transistors.
【０００３】集積回路における素子間の絶縁分離にはＬ
ＯＣＯＳ法で行われるフィ−ルド酸化膜が一般に知られ
ているが、この酸化膜接着法によるＳＯＩ基板は、酸化
膜に達するトレンチを設け、このトレンチ内壁を酸化
し、その酸化された隙間に誘電体を埋め込む完全誘電体
分離構造を素子分離に用いることが多い。L is used for insulation isolation between elements in an integrated circuit.
Although a field oxide film formed by the OCOS method is generally known, the SOI substrate formed by the oxide film adhesion method is provided with a trench reaching the oxide film, the inner wall of the trench is oxidized, and a dielectric is formed in the oxidized gap. A complete dielectric isolation structure that burys the body is often used for element isolation.
【０００４】図９は、従来から知られているＳＯＩ基板
に形成されたＬＤＭＯＳ構造のトランジスタである。基
板は、台基板１０と活性層を形成するＮ型上部半導体基
板１１からなり、その間には熱酸化されたＳｉＯ2 から
なる中間酸化膜１２が形成されている。上部半導体基板
１０の厚さは、約１０μｍであり、中間酸化膜の膜厚は
大体１〜３μｍが普通である。上部半導体基板１１の活
性層内にはｎ＋高濃度拡散層（ソ−ス領域）２が、その
外側にｐ＋高濃度拡散層４、さらにその外側にｐ拡散層
３が形成されている。ソ−スはソ−ス電極Ｓと接続し、
ｐ拡散層３は、表面酸化膜５に含まれるゲ−ト酸化膜を
介してゲ−ト電極Ｇに対している。ドレインは、ｎ＋拡
散層１と外側のバッファとなるｎ−拡散層６からなり、
ドレイン電極Ｄと接続している。ドレインは、約５μｍ
の深さがあり、基板１１に平行に形成されている。図は
１素子の右半分の断面図であり、左右は対称であるの
で、左側面が対称軸になっている。右側面より右には、
トレンチ構造の素子分離領域が形成されている（図示せ
ず）。この図示しない左半分も含めた１素子の大きさ
（断面図に示す素子の横方向の長さ）は、約２２０μｍ
である。上部半導体基板１１の不純物濃度は約１×１０
14／ｃｍ3 である。台基板１０をＧＮＤにする。この状
態で空乏層は、中間酸化膜に沿って広がり、ドレイン曲
部もしくは直下で電界集中を起こす。耐圧を上げるため
には、ドレインを図のようにｎ−／ｎ＋としたり、中間
酸化膜１２を３μｍと厚くしている。耐圧は、中間酸化
膜を厚くすると上がるので（大体１μｍにつき８０Ｖ上
昇する）、この構造にすると耐圧は３７０Ｖになり、オ
ン抵抗は、１．８３Ωｃｍ2 になる。しかし、ドレイン
の二重拡散形成が面倒であること、ドレイン領域が大き
くて素子が小形化出来ないこと、単位面積あたりのオン
抵抗が大きいので駆動能力が良くないこと、中間酸化膜
が厚くウェ−ハの反りが大きくなることなどの問題があ
る。FIG. 9 shows a conventionally known LDMOS structure transistor formed on an SOI substrate. The substrate is composed of a base substrate 10 and an N-type upper semiconductor substrate 11 forming an active layer, and an intermediate oxide film 12 of thermally oxidized SiO 2 is formed between them. The thickness of the upper semiconductor substrate 10 is about 10 μm, and the thickness of the intermediate oxide film is usually about 1 to 3 μm. An n + high-concentration diffusion layer (source region) 2 is formed in the active layer of the upper semiconductor substrate 11, a p + high-concentration diffusion layer 4 is formed on the outer side thereof, and a p diffusion layer 3 is formed on the outer side thereof. The source is connected to the source electrode S,
The p diffusion layer 3 is connected to the gate electrode G via the gate oxide film included in the surface oxide film 5. The drain is composed of an n + diffusion layer 1 and an n − diffusion layer 6 serving as an outer buffer,
It is connected to the drain electrode D. The drain is about 5 μm
Is formed in parallel with the substrate 11. The figure is a cross-sectional view of the right half of one element, and since the left and right sides are symmetrical, the left side surface is the axis of symmetry. To the right of the right side,
An element isolation region having a trench structure is formed (not shown). The size of one element including the left half (not shown) (the lateral length of the element shown in the sectional view) is about 220 μm.
Is. The impurity concentration of the upper semiconductor substrate 11 is about 1 × 10
It is 14 / cm 3 . The base 10 is set to GND. In this state, the depletion layer spreads along the intermediate oxide film, and electric field concentration occurs in the drain curved portion or immediately below. In order to increase the breakdown voltage, the drain is made n − / n + as shown in the figure, or the intermediate oxide film 12 is made thick to 3 μm. Since the breakdown voltage increases as the thickness of the intermediate oxide film increases (approximately 80 V per 1 μm), this structure provides a breakdown voltage of 370 V and an on-resistance of 1.83 Ωcm 2 . However, the double diffusion formation of the drain is troublesome, the device cannot be downsized due to the large drain region, the on-resistance per unit area is large, so that the driving ability is not good, and the intermediate oxide film is thick and the wafer is thick. There is a problem that the warp of C becomes large.
【０００５】図１０は、図９の素子のドレイン構造を変
えることによってデバイスの大きさを小さくしたもので
ある。すなわち、この構造では、トレンチ７の側壁に沿
ってｎ＋高濃度拡散層１を形成し、これをドレインとす
るので、素子面積を小さくすることが出来る。図は、１
素子の右半分の断面を示しているが、その長さは、１素
子あたり約１３０μｍであり、前図よりかなり小さくな
っている。この素子ではドレイン曲部が無くなったの
で、電界集中によるブレ−クダウンは、トレンチ７底部
で発生する。したがって、耐圧を上げるためには、中間
酸化膜を厚くする必要がある。活性層厚、中間酸化膜
厚、基板１１の不純物濃度を前図のものと同じにする
と、オン抵抗は、ソ−ス・ドレイン間が小さくなってい
るので、０．３７Ωｃｍ2 と小さく、耐圧も３０６Ｖと
比較的大きな値を維持する事ができる。しかし、この場
合も高耐圧を維持するために、中間酸化膜の厚さを３μ
ｍ以上と厚くしなければならない。FIG. 10 shows the device size reduced by changing the drain structure of the element of FIG. That is, in this structure, since the n + high-concentration diffusion layer 1 is formed along the side wall of the trench 7 and used as the drain, the element area can be reduced. The figure is 1
The cross section of the right half of the element is shown, and the length is about 130 μm per element, which is considerably smaller than the previous figure. In this element, since the drain curved portion is eliminated, the breakdown due to the electric field concentration occurs at the bottom of the trench 7. Therefore, in order to increase the breakdown voltage, it is necessary to thicken the intermediate oxide film. When the active layer thickness, the intermediate oxide film thickness, and the impurity concentration of the substrate 11 are the same as those in the previous figure, the on-resistance is small at 0.37 Ωcm 2 because the source-drain gap is small, and the withstand voltage is also small. A relatively large value of 306V can be maintained. However, in this case as well, in order to maintain a high breakdown voltage, the thickness of the intermediate oxide film should be 3 μm.
It must be thicker than m.
【０００６】図１１は、図１０に示す素子の逆バイアス
を印加した時の素子内部の電位分布（ａ）及び正孔の発
生レ−ト（ｂ）をＳＯＩ基板の断面図に記したものであ
る。基板は、中間酸化膜とその上の上部半導体基板およ
び表面酸化膜とを示す。図８と同じく１素子の右半分の
みを示している。ソ−ス・ドレイン間には、３００Ｖの
電圧（Ｖdss ）が印加される。この時の１０Ｖ間隔の等
電位線が図に記されている。図に示すように、中間酸化
膜で素子に加わる基板と垂直方向の電位を吸収してお
り、トレンチ底部のドレイン領域で正孔の発生が激しく
ブレ−クダウンポイントなっていることが判る。中間酸
化膜を支持する台基板は、ソ−スと同電位（ＧＮＤ）で
あるため、ドレイン・ソ−ス間バイアスが表面酸化膜に
ほぼ印加されるので、素子の耐圧を上げるには中間酸化
膜を厚くする必要がある。なお、基板の左辺および底辺
に記した数字は、基板横方向の長さ（左辺を０とする）
および基板縦方向の厚さ（表面酸化膜と上部半導体基板
の界面を０とする）を現している。FIG. 11 is a sectional view of an SOI substrate showing a potential distribution (a) inside the device and a generation rate (b) of holes when a reverse bias is applied to the device shown in FIG. is there. The substrate refers to the intermediate oxide film and the upper semiconductor substrate and the surface oxide film on the intermediate oxide film. As in FIG. 8, only the right half of one element is shown. A voltage (Vdss) of 300 V is applied between the source and drain. The equipotential lines at 10 V intervals at this time are shown in the figure. As shown in the figure, it is understood that the intermediate oxide film absorbs the electric potential in the direction perpendicular to the substrate and the holes are generated strongly in the drain region at the bottom of the trench, which is a breakdown point. Since the base substrate supporting the intermediate oxide film has the same potential (GND) as the source, a bias between the drain and the source is almost applied to the surface oxide film. The film needs to be thick. The numbers on the left and bottom sides of the board are the horizontal length of the board (the left side is 0).
And the thickness in the vertical direction of the substrate (the interface between the surface oxide film and the upper semiconductor substrate is 0).
【０００７】図１２は、他の従来例で、ＳＯＩ基板のト
レンチで素子分離された活性領域内に形成された横型の
バイポ−ラトランジスタからなる素子の断面を示す。こ
の素子はトレンチ７の側壁に形成したｎ＋高濃度拡散層
１（コレクタ）と中間酸化膜１２上のｎ＋埋め込み拡散
層８とを接触させてオン抵抗を低減したものである。ｎ
＋高濃度拡散層１はコレクタ電極Ｃに接続し、他の領域
のｎ＋高濃度拡散層２およびｐ拡散層３は、それぞれエ
ミッタ電極Ｅおよびベ−ス電極Ｂに接続する。このベ−
ス−コレクタ電極間に電圧を加えると、空乏層が底部ｎ
＋埋め込み層８にリ−チスル−し、空乏層中のベ−ス３
の曲部でブレ−クダウンする。活性層が１０μｍの場合
は、８０Ｖ程度しか耐圧が得られない。この素子を高耐
圧化するためには、上部半導体基板１１、すなわち、活
性層の不純物濃度ｎi を小さく、ｐ拡散層（ベ−ス）と
ｎ＋埋め込み層８との間の距離ｘを大きくすればいい
が、トレンチを深くするには限界があり、量産レベルで
１０μｍ，実験でも２５μｍ程度である。ベ−ス３深さ
３μｍ、ｎ＋埋め込み層幅２μｍとすると、トレンチ深
さが１０μｍの場合、ｘはほぼ５μｍとなり、その時の
耐圧（ＶCBO ）は、約６０Ｖになる。トレンチ深さが、
２５μｍ程度でも２００Ｖ程度しかならない。すなわ
ち、この素子では、１０μｍトレンチで１００Ｖの耐圧
が得られない。FIG. 12 is a cross-sectional view of another conventional device, which is a lateral bipolar transistor formed in an active region separated by a trench of an SOI substrate. In this device, the n + high concentration diffusion layer 1 (collector) formed on the side wall of the trench 7 and the n + buried diffusion layer 8 on the intermediate oxide film 12 are brought into contact with each other to reduce the on-resistance. n
The + high-concentration diffusion layer 1 is connected to the collector electrode C, and the n + high-concentration diffusion layer 2 and the p diffusion layer 3 in the other regions are connected to the emitter electrode E and the base electrode B, respectively. This base
When a voltage is applied between the collector electrode and the depletion layer,
+ Reach through the buried layer 8 and the base 3 in the depletion layer
Break down at the song. When the active layer has a thickness of 10 μm, a withstand voltage of only about 80 V can be obtained. To withstand voltage of the element, the upper semiconductor substrate 11, i.e., reduce the impurity concentration n i of the active layer, p diffusion layer (base - scan) and increasing the distance x between the n + buried layer 8 However, there is a limit to deepening the trench, and it is 10 μm at the mass production level and about 25 μm in the experiment. If the depth of the base 3 is 3 μm and the width of the n + buried layer is 2 μm, x is approximately 5 μm when the trench depth is 10 μm, and the breakdown voltage (V CBO ) at that time is approximately 60V. Trench depth
Even if it is about 25 μm, it is only about 200 V. That is, with this device, a breakdown voltage of 100 V cannot be obtained with a 10 μm trench.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】この様に、従来のＳＯ
Ｉ基板をウェ−ハとして用いた半導体装置では、耐圧を
向上させるためには、主として中間酸化膜を厚くする必
要がある。また、耐圧を上げるには、ＳＯＩ基板の活性
層を厚くすることによっても可能であるが、半導体装置
の微細化が進む現状では有利な手段ではない。さらに、
トレンチは活性層に合わせて形成されるので、活性層を
厚くしようとしてもトレンチを深くするには限界があ
り、トレンチを深くすることによって耐圧向上を計るこ
とは困難である。中間酸化膜を厚くすると耐圧は上昇す
るが、このウェ−ハで使用される中間酸化膜は熱酸化膜
であり、３μｍ以上の酸化膜の形成は困難であること、
また図１３に示すように、中間酸化膜の厚みが増すにし
たがって、ウェ−ハは、著しく反るようになる。ウェ−
ハが反ると、ステッパ−などの半導体製造装置に適用し
難くなってくる。図は、直径５インチのウェ−ハの中間
酸化膜の膜厚とウェ−ハの反り量との関係を示す図であ
る。縦軸はＳＯＩ基板（ウェ−ハ）の反り量（μｍ）を
示し、横軸は、ウェ−ハの中間酸化膜厚（μｍ）を現し
ている。台基板は６２５μｍであり、白丸を含む直線
は、上部半導体基板（活性層）が１０μｍのウェ−ハ、
黒丸を含む直線は、活性層が２０μｍのウェ−ハの特性
をそれぞれ示している。反り量が６０μｍ以上になる
と、スッテパ−の搬送限界を越えるのでこの中間酸化膜
が、１．２μｍ以上になるとステッパ−などの半導体製
造装置にウェ−ハを適用することが困難になる。As described above, the conventional SO
In a semiconductor device using the I substrate as a wafer, it is necessary to mainly thicken the intermediate oxide film in order to improve the breakdown voltage. Although it is possible to increase the breakdown voltage by increasing the thickness of the active layer of the SOI substrate, this is not an advantageous means under the present circumstances where the miniaturization of semiconductor devices is progressing. further,
Since the trench is formed in conformity with the active layer, there is a limit to deepening the trench even if the active layer is made thick, and it is difficult to improve the breakdown voltage by making the trench deep. The breakdown voltage increases as the thickness of the intermediate oxide film increases, but the intermediate oxide film used in this wafer is a thermal oxide film, and it is difficult to form an oxide film of 3 μm or more.
Further, as shown in FIG. 13, the wafer becomes significantly warped as the thickness of the intermediate oxide film increases. Way
If warped, it becomes difficult to apply it to a semiconductor manufacturing apparatus such as a stepper. The figure shows the relationship between the film thickness of the intermediate oxide film of a wafer having a diameter of 5 inches and the amount of warp of the wafer. The vertical axis represents the warp amount (μm) of the SOI substrate (wafer), and the horizontal axis represents the intermediate oxide film thickness (μm) of the wafer. The base substrate is 625 μm, and the straight line including the white circle is a wafer whose upper semiconductor substrate (active layer) is 10 μm.
The straight lines including the black circles show the characteristics of the wafer having an active layer of 20 μm. When the warp amount is 60 μm or more, the transport limit of the stepper is exceeded, and when the intermediate oxide film is 1.2 μm or more, it becomes difficult to apply the wafer to a semiconductor manufacturing apparatus such as a stepper.
【０００９】本発明は、このような事情によってなされ
たものであり、ウェ−ハの反りを抑えながら素子耐圧を
向上させ、かつ、活性層が薄く素子面積の小さい半導体
装置を提供することを目的としている。The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the element breakdown voltage is improved while suppressing the warp of the wafer, and the active layer is thin and the element area is small. I am trying.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
台基板、上部半導体基板、および前記両基板に挟まれた
中間酸化膜を有する半導体基板と、前記上部半導体基板
表面から前記中間酸化膜に到達するように形成された複
数のトレンチと、前記複数のトレンチの少なくとも一部
の側壁の周辺に形成された不純物拡散層とを備え、前記
トレンチのうちの少なくとも一部のトレンチ底辺および
その周辺部分における前記上部半導体基板と前記台基板
との間隔は、他の部分における前記上部半導体基板と前
記台基板との間隔より大きくすることを特徴としてい
る。前記トレンチのうちの少なくとも一部のトレンチ底
辺およびその周辺部分は、すべてのトレンチにおいて前
記上部半導体基板と前記台基板との間隔を大きくするこ
とが可能であり、また前記不純物拡散層がその側壁周辺
に形成されたトレンチにおいてのみ前記上部半導体基板
と前記台基板との間隔を大きくすることもできる。前記
トレンチ底辺およびその周辺部分は、前記不純物拡散層
の前記中間酸化膜と接する部分も含んでいる。また、前
記不純物拡散層の前記トレンチ側壁からの深さは、０．
５〜５μｍにすることが可能である。前記上部半導体基
板と前記台基板との間隔が他より大きい部分の中間酸化
膜は、空洞になっており、この空洞と前記トレンチとは
隔離されている。また、前記上部半導体基板と前記台基
板との間隔が他より大きい部分の中間酸化膜の内部と前
記トレンチ内部には、ポリシリコン、ＳｉＯ2 およびＳ
ｉ3 Ｎ4 から選ばれた充填物を充填することが可能であ
る。前記トレンチの深さは２５μｍ以下にすることがで
きる。さらに、本発明の半導体装置は、台基板、１０μ
ｍ厚の上部半導体基板、および前記両基板に挟まれた１
μｍ厚の中間酸化膜を備えた半導体基板と、前記上部半
導体基板表面から前記中間酸化膜に到達するように上部
半導体基板に形成された複数のトレンチと、前記トレン
チの少なくとも一部の側壁の周辺に形成されたｎ＋不純
物層であるドレインとを備え、前記トレンチ底辺および
その周辺部分および前記トレンチ側壁の周辺に形成され
た前記ドレイン底辺部分においては、上部半導体基板と
台基板との間隔は、１μｍより大きくすることが可能で
ある。The semiconductor device of the present invention comprises:
A base substrate, an upper semiconductor substrate, and a semiconductor substrate having an intermediate oxide film sandwiched between the two substrates; a plurality of trenches formed to reach the intermediate oxide film from the surface of the upper semiconductor substrate; An impurity diffusion layer formed around at least a part of a side wall of the trench, and a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate at a trench bottom side of at least a part of the trench and a peripheral part thereof is It is characterized in that it is made larger than the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in the portion. At least a part of the trench bottom of the trench and a peripheral portion thereof can increase a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in all the trenches, and the impurity diffusion layer has a periphery of a sidewall thereof. It is possible to increase the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate only in the trench formed in. The bottom of the trench and its peripheral portion also include a portion of the impurity diffusion layer in contact with the intermediate oxide film. The depth of the impurity diffusion layer from the sidewall of the trench is 0.
It can be 5 to 5 μm. The intermediate oxide film in a portion where the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate is larger than the others is a cavity, and the cavity is isolated from the trench. In addition, polysilicon, SiO 2 and S are provided inside the intermediate oxide film and inside the trench in a portion where the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate is larger than others.
It is possible to fill with a filling material selected from i 3 N 4 . The depth of the trench may be 25 μm or less. Furthermore, the semiconductor device of the present invention has a base substrate of 10 μm.
m upper semiconductor substrate, and 1 sandwiched between both substrates
A semiconductor substrate having an intermediate oxide film having a thickness of μm, a plurality of trenches formed in the upper semiconductor substrate so as to reach the intermediate oxide film from a surface of the upper semiconductor substrate, and a periphery of at least a part of a sidewall of the trench. And a drain that is an n + impurity layer formed in the trench bottom, and in the drain bottom portion formed around the trench bottom side and its peripheral portion and the trench side wall, the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate is It is possible to make it larger than 1 μm.
【００１１】本発明の半導体装置の製造方法は台基板
と、上部半導体基板と、これら両基板に挟まれた中間酸
化膜とを備えた半導体基板の前記上部半導体基板表面か
ら前記中間酸化膜に到達するように前記上部半導体基板
にトレンチを形成する工程と、前記トレンチのうちの少
なくとも一部の側壁周辺に不純物拡散層を形成する工程
と、前記トレンチ底辺に露出している前記中間酸化膜を
エッチングして、この中間酸化膜を前記トレンチ底辺か
ら後退させる工程と、前記トレンチ側壁表面および前記
中間酸化膜が後退した後の前記上部半導体基板および前
記台基板表面を酸化することにより、前記トレンチ底辺
およびその周辺部分において、前記上部半導体基板と前
記台基板との間隔をその他の部分の両基板の間隔より大
きくする工程とを備えていることを特徴としている。ま
た、台基板または上部半導体基板もしくはその両方の半
導体基板の表面に溝を形成する工程と、前記台基板と前
記上部半導体基板の表面を、前記溝も含めて酸化する工
程と、前記台基板及び前記上部半導体基板とを両者の接
合面に前記溝がくるように接合する事により、この接合
面に前記下部半導体と前記上部半導体基板とを隔てる中
間酸化膜を形成すると同時に、この接合面において前記
溝が形成されている部分における前記上部半導体基板と
前記台基板との間隔を他の部分における前記上部半導体
基板と前記台基板との間隔より大きくする工程と、前記
上部半導体基板表面から前記中間酸化膜の溝が形成され
ている部分に到達するように前記上部半導体基板にトレ
ンチを形成する工程と、前記トレンチのうちの少なくと
も一部のトレンチ側壁周辺に不純物拡散層を形成する工
程とを備えていることを特徴とする。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the intermediate oxide film is reached from the surface of the upper semiconductor substrate of the semiconductor substrate including the base substrate, the upper semiconductor substrate, and the intermediate oxide film sandwiched between these substrates. To form a trench in the upper semiconductor substrate, to form an impurity diffusion layer around the sidewall of at least a part of the trench, and to etch the intermediate oxide film exposed at the bottom of the trench. Then, a step of retreating the intermediate oxide film from the trench bottom, and oxidizing the upper semiconductor substrate and the base substrate surface after the trench sidewall surface and the intermediate oxide film recede, In the peripheral portion, a step of making a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate larger than a distance between both substrates in other portions. It is characterized in that. A step of forming a groove on the surface of the base substrate, the upper semiconductor substrate, or both semiconductor substrates; a step of oxidizing the surfaces of the base substrate and the upper semiconductor substrate including the groove; By bonding the upper semiconductor substrate so that the groove is located on the bonding surface between them, an intermediate oxide film that separates the lower semiconductor and the upper semiconductor substrate is formed on the bonding surface, and at the same time, at the bonding surface, A step of making a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in a portion where the groove is formed larger than a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in another portion, and the intermediate oxidation from the surface of the upper semiconductor substrate. Forming a trench in the upper semiconductor substrate so as to reach a portion where a groove of the film is formed, and a train of at least a part of the trench. Characterized in that it comprises a step of forming an impurity diffusion layer on the peripheral side wall.
【００１２】[0012]
【作用】図１１に示すように、ブレ−クダウンポイント
はトレンチ側壁に形成されたｎ＋拡散層の底部にあるの
で、この部分の下の中間酸化膜のみ部分的に厚くすれば
このｎ＋拡散層と台基板との距離が長くなり、ブレ−ク
ダウン電圧が高くなる。同時に、中間酸化膜の他の部分
は薄いので、ウェ−ハの反りが減少してステッパ−など
への適用も可能になる。[Action] As shown in FIG. 11, the blur - so click down point is at the bottom of the n + diffusion layer formed in the trench sidewalls, the n + diffusion if thicker only partially intermediate oxide film under this part The distance between the layer and the base substrate becomes long, and the breakdown voltage becomes high. At the same time, since the other part of the intermediate oxide film is thin, the warp of the wafer is reduced, and it can be applied to a stepper or the like.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係る第１の実施例のＬＤＭＯＳ構造
の半導体装置の断面図である。図は、ＳＯＩ基板（ウェ
−ハ）に形成された１素子の右半分を示すものである。
左側面部に形成されたトレンチ７は、この素子の中心に
位置しており、左右対照であるので左半分は省略した。
ウェ−ハは、６２５μｍ厚のシリコンの台基板１０と、
１μｍ厚の中間酸化膜１２と、不純物濃度が４×１０14
／ｃｍ3 である１０μｍ厚の上部半導体基板（以下、活
性層という）１１から構成されている。素子は、トレン
チによって素子分離されており、トレンチ７は、素子内
にも形成されていて、その側壁には、ドレインとなるｎ
＋高濃度拡散層１が形成されている。ウェ−ハ表面に形
成された表面絶縁膜５は、例えば、１．５μｍ厚であ
り、この上にドレイン電極Ｄおよびソ−ス電極Ｓが形成
されている。ゲ−ト電極Ｇは、表面絶縁膜５と活性層と
の間に形成され、活性層内のベ−ス領域となるｐ＋拡散
層４とゲ−ト絶縁膜を介して対向している。ソ−ス電極
Ｓは、ソ−ス領域であるｎ＋拡散層２とその外側に形成
されたベ−ス領域と接続している。前記素子中心に形成
されたトレンチ７には、ｎ＋拡散層１が形成されている
が、これはドレイン電極Ｄと接続してドレイン領域とな
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a sectional view of a semiconductor device having an LDMOS structure according to a first embodiment of the present invention. The figure shows the right half of one element formed on an SOI substrate (wafer).
The left half is omitted because the trench 7 formed in the left side surface portion is located in the center of this element and is a left-right contrast.
The wafer is a 625 μm thick silicon base substrate 10,
1 μm thick intermediate oxide film 12 and an impurity concentration of 4 × 10 14
/ Cm 3 of 10 μm thick upper semiconductor substrate (hereinafter referred to as active layer) 11. The element is separated by a trench, the trench 7 is also formed in the element, and n is a drain on the side wall thereof.
+ High-concentration diffusion layer 1 is formed. The surface insulating film 5 formed on the surface of the wafer is, for example, 1.5 μm thick, and the drain electrode D and the source electrode S are formed thereon. The gate electrode G is formed between the surface insulating film 5 and the active layer, and faces the p + diffusion layer 4 which is a base region in the active layer via the gate insulating film. The source electrode S is connected to the n + diffusion layer 2 which is the source region and the base region formed on the outside thereof. An n + diffusion layer 1 is formed in the trench 7 formed at the center of the device, which is connected to the drain electrode D to form a drain region.
【００１４】トレンチ７は、側壁上に形成されたＳｉＯ
2 酸化膜７１とトレンチ孔内に充填されているポリシリ
コン７２とを有している。このポリシリコンが充填され
ている領域は、ｎ＋拡散層（ドレイン）１の下にある中
間酸化膜１２の中にまで延在しており、その分だけ中間
酸化膜を厚くしている。すなわち、ドレイン底部が前述
のようにブレ−クダウンポイントとなるので、その部分
のみ厚くすると、台基板とドレインとの距離が部分的に
大きくなり、その結果素子耐圧が向上する。中間酸化膜
の厚い部分９をどのくらいの長さにするかはドレインで
あるｎ＋拡散層１のトレンチ表面からの深さによる。こ
の厚い部分９は、トレンチ底辺と中間酸化膜が接するｎ
＋拡散層などの不純物拡散層を完全にその上に含む必要
がある。この厚い部分がドレインのトレンチ側壁からの
深さを越えていれば、高耐圧を維持する効果を十分期待
する事ができる。ｎ＋拡散層１の深さは、現状では０．
５〜５μｍ程度であるので、前記トレンチ側壁から厚い
部分とそれ以外の薄い部分の境界までの長さ（Ｒ）は、
０．５〜６μｍ程度は必要である。また、この厚い部分
９の厚さは、側壁に形成した酸化膜の厚みが０．０５〜
１．５μｍ程度であり、トレンチ径が０．８〜５μｍ程
度であるので、およそ３．３μｍ以上にする事はでき
る。The trench 7 is formed of SiO on the side wall.
It has a two- oxide film 71 and polysilicon 72 filled in the trench hole. The region filled with the polysilicon extends into the intermediate oxide film 12 below the n + diffusion layer (drain) 1, and the intermediate oxide film is thickened accordingly. That is, since the bottom of the drain serves as a breakdown point as described above, if only that portion is thickened, the distance between the base substrate and the drain is partially increased, and as a result, the breakdown voltage of the device is improved. The length of the thick portion 9 of the intermediate oxide film depends on the depth of the drain of the n + diffusion layer 1 from the trench surface. This thick portion 9 is n where the bottom of the trench is in contact with the intermediate oxide film.
It is necessary to completely include an impurity diffusion layer such as a + diffusion layer. If this thick portion exceeds the depth of the drain from the side wall of the trench, the effect of maintaining a high breakdown voltage can be sufficiently expected. The depth of the n + diffusion layer 1 is currently 0.
Since it is about 5 to 5 μm, the length (R) from the trench side wall to the boundary between the thick portion and the other thin portion is
About 0.5 to 6 μm is necessary. The thickness of the thick portion 9 is such that the thickness of the oxide film formed on the side wall is 0.05 to
Since it is about 1.5 μm and the trench diameter is about 0.8 to 5 μm, it can be about 3.3 μm or more.
【００１５】また、中間酸化膜の厚さとは、中間酸化膜
のトレンチ底辺及びその周辺部分に形成された厚い部分
を指さずに、その他の部分の厚さをいう。中間酸化膜の
大部分を占める前記その他の部分は、前記厚い部分より
当然薄く、３μｍ以下に出来る。また、０．１μｍにす
ることも可能である。特に、図１３にも示されているよ
うに、５インチ径のウェ−ハの反りが６０μｍを越える
と、ステッパ−などへの適用が困難になるので、この値
を越えないように他の部分の厚みを１．２μｍ以下にす
ると良い。ウェ−ハの反りは、大体その径の自乗に比例
するが、この反りをステッパ−適用の限界値である６０
μｍ内に抑えるために許容される中間酸化膜厚の最大値
は、５インチ径の場合は、前述のように約１．２μｍで
あるが、３インチ径の場合は、約３．３μｍ、４インチ
径の場合は、約１．９μｍ、６インチ径の場合は、約
０．８μｍであり、さらに径が大きくなれば、それだけ
この最大値は小さくなる。本発明では、このように、中
間酸化膜厚が薄くても、高耐圧を維持しながらステッパ
−への適用が容易になる。The thickness of the intermediate oxide film does not refer to the thick portion formed on the bottom side of the trench of the intermediate oxide film and its peripheral portion, but refers to the thickness of other portions. The other portion occupying most of the intermediate oxide film is naturally thinner than the thick portion, and can be 3 μm or less. It is also possible to make it 0.1 μm. In particular, as shown in FIG. 13, if the warp of a wafer having a diameter of 5 inches exceeds 60 μm, it becomes difficult to apply it to a stepper or the like. The thickness is preferably 1.2 μm or less. The warp of the wafer is roughly proportional to the square of its diameter, but this warp is the limit value for applying a stepper.
The maximum value of the intermediate oxide film thickness which is allowed to be suppressed to within μm is about 1.2 μm as described above in the case of the diameter of 5 inches, but about 3.3 μm in the case of the diameter of 3 inches, 4 In the case of the inch diameter, it is about 1.9 μm, and in the case of the 6 inch diameter, it is about 0.8 μm. The larger the diameter, the smaller this maximum value. In the present invention, as described above, even when the intermediate oxide film thickness is thin, the application to the stepper becomes easy while maintaining the high breakdown voltage.
【００１６】次に、図２を参照してこの実施例の半導体
装置の製造方法を説明する。まず、ｎ型シリコン半導体
基板を２枚用意し、これらの表面上に熱酸化法等により
絶縁酸化膜を１μｍ程度形成する。そして、２枚の半導
体基板の酸化膜同志を合わせて、約１０００℃、９０分
間酸素雰囲気中で加熱して両者を接合する。次に、半導
体基板表面をラッピングして約１０μｍの厚さの活性層
１１と約６００μｍの厚さの台基板１０を形成し、その
中間には、約１μｍ厚の中間酸化膜１２を配置してウェ
−ハをする形成する。その後、活性層１１に熱酸化法等
により絶縁酸化膜１３を約１μｍ厚に形成する。つい
で、ＰＥＰ（Photo Engrave Process ）でレジストをパ
タ−ニングして酸化膜１３を部分的に除去し、これをマ
スクとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により幅約
２μｍ、深さ約１０μｍのトレンチ７を活性層１１に中
間酸化膜１２に達するように形成する（図２（ａ））。Next, a method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. First, two n-type silicon semiconductor substrates are prepared, and an insulating oxide film of about 1 μm is formed on the surface of these by a thermal oxidation method or the like. Then, the oxide films of the two semiconductor substrates are put together and heated at about 1000 ° C. for 90 minutes in an oxygen atmosphere to bond the two. Next, the surface of the semiconductor substrate is lapped to form an active layer 11 having a thickness of about 10 μm and a base substrate 10 having a thickness of about 600 μm, and an intermediate oxide film 12 having a thickness of about 1 μm is arranged between them. Form the wafer. After that, an insulating oxide film 13 is formed on the active layer 11 to a thickness of about 1 μm by a thermal oxidation method or the like. Next, the oxide film 13 is partially removed by patterning the resist by PEP (Photo Engrave Process), and using this as a mask, the trench 7 having a width of about 2 μm and a depth of about 10 μm is activated by RIE (Reactive Ion Etching). The layer 11 is formed so as to reach the intermediate oxide film 12 (FIG. 2A).
【００１７】ついで、マスクとして用いた酸化膜１３を
エッチング除去する。ＰＯＣｌ3 をトレンチ側壁に堆積
してから加熱処理して側壁から活性層内にリンなどの不
純物を拡散してｎ＋高濃度不純物拡散層１を形成する。
その後、例えば、弗化アンモン（ＮＨ4 Ｆ）をエッチン
グ液として、トレンチ７底部に露出している中間酸化膜
１２を除去し、さらに、エッチングを進めて中間酸化膜
１２を後退させる（図２（ｂ））。ついで、約１０５０
℃の酸化雰囲気中で１５０分間熱酸化処理し、トレンチ
７側壁に０．８μｍ程度のシリコン酸化膜７１を形成す
る。この時、酸化は、トレンチ側壁のみならず、内部の
中間酸化膜が除去されている部分にも及び、露出してい
る活性層および台基板表面も酸化される。勿論活性層１
１表面も一様に酸化されている。ついで、減圧ＣＶＤに
よりポリシリコンをトレンチ内および活性層表面に堆積
させる。トレンチ内はほぼ完全にポリシリコン７２によ
って充填され、同時に活性層１１上にもポリシリコンは
堆積する。ついで、トレンチ７内部のポリシリコン７２
は残るようにＣＤＥ法を用いて表面上をエッチバックす
る（図２（ｃ））。その後、１０５０℃の酸化雰囲気中
で１５０分間熱酸化処理を行ってポリシリコン７２の上
を酸化し、さらにこの上にＣＶＤによりＳｉＯ2 からな
る表面酸化膜５を約１．５μｍ滞積させる。この他、活
性層１１内のベ−スおよびソ−ス、活性層１１上のポリ
シリコンゲ−ト電極、アルミニウムからなるソ−ス、ド
レイン電極等は、これらの製造工程の前後の適宜の時期
に形成される。Then, the oxide film 13 used as the mask is removed by etching. After depositing POCl 3 on the side wall of the trench, heat treatment is performed to diffuse impurities such as phosphorus into the active layer from the side wall to form the n + high-concentration impurity diffusion layer 1.
Then, for example, ammonium fluoride (NH 4 F) is used as an etching solution to remove the intermediate oxide film 12 exposed at the bottom of the trench 7, and etching is further advanced to recede the intermediate oxide film 12 (see FIG. b)). Then about 1050
The silicon oxide film 71 of about 0.8 μm is formed on the side wall of the trench 7 by performing a thermal oxidation process for 150 minutes in an oxidizing atmosphere at 0 ° C. At this time, the oxidation extends not only to the sidewall of the trench but also to the portion where the intermediate oxide film inside is removed, and the exposed active layer and the surface of the base substrate are also oxidized. Of course active layer 1
1 The surface is also uniformly oxidized. Then, polysilicon is deposited in the trench and on the surface of the active layer by low pressure CVD. The trench is almost completely filled with polysilicon 72, and at the same time, polysilicon is also deposited on the active layer 11. Then, the polysilicon 72 inside the trench 7
Etch back on the surface by the CDE method so as to remain (FIG. 2C). Thereafter, thermal oxidation treatment is performed for 150 minutes in an oxidizing atmosphere at 1050 ° C. to oxidize the surface of the polysilicon 72, and a surface oxide film 5 made of SiO 2 is deposited on the polysilicon 72 by about 1.5 μm. In addition, the base and source in the active layer 11, the polysilicon gate electrode on the active layer 11, the source made of aluminum, the drain electrode, etc. are formed at appropriate times before and after these manufacturing steps. To be done.
【００１８】前記実施例の方法によれば、トレンチ側壁
に沿って形成されたドレインなどのｎ＋拡散層の下の部
分のみ厚くした中間酸化膜を容易に形成することができ
る。そして、耐圧は、活性層厚が約１０μｍ、中間酸化
膜厚が約１μｍであるので、従来なら３３０Ｖ程度であ
るところ、４００Ｖをこえる値を得ることができる。According to the method of the above embodiment, it is possible to easily form the intermediate oxide film in which only the portion under the n + diffusion layer such as the drain formed along the sidewall of the trench is thickened. Since the active layer thickness is about 10 μm and the intermediate oxide film thickness is about 1 μm, the breakdown voltage of the conventional case is about 330 V, but a value exceeding 400 V can be obtained.
【００１９】つぎに、図３および図４を参照して第２の
実施例を説明する。まず、第１のｎ型シリコン半導体基
板の表面に熱酸化によって１μｍ厚の酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）を形成する。ついで、弗化アンモン（ＮＨ4 Ｆ）
をエッチング液としてレジストをパタ−ニングして酸化
膜を部分的に除去し、これをマスクとしてウエットエッ
チングにより複数の溝を形成する（図３（ａ））。つい
で、酸化膜を剥離してから、この表面を改めて熱酸化し
て溝の中も含めて１μｍ厚の酸化膜を形成し、これを活
性層１１として使われる基板とする（図３（ｂ））。そ
の後、表面に約１μｍ厚の酸化膜を有する第２のシリコ
ン半導体基板を酸化膜同志が合うように重ねてから、両
者を１０００℃、９０分間酸素雰囲気中で加熱処理して
接合する。第２のシリコン半導体基板は、台基板１０と
して用いられ、基板１１は、ラッピングされて１０μｍ
厚の活性層となる（図３（ｃ））。図に示されるよう
に、溝が形成された部分は、空洞１４となっており、中
間酸化膜の厚膜部分９を構成している。Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. First, a 1 μm-thick oxide film (Si film) is formed on the surface of the first n-type silicon semiconductor substrate by thermal oxidation.
O 2 ) is formed. Then, ammonium fluoride (NH 4 F)
Is used as an etching liquid to partially remove the oxide film, and a plurality of grooves are formed by wet etching using this as a mask (FIG. 3A). Then, after removing the oxide film, the surface is thermally oxidized again to form an oxide film with a thickness of 1 μm including the inside of the groove, which is used as the substrate used as the active layer 11 (FIG. 3B). ). After that, a second silicon semiconductor substrate having an oxide film with a thickness of about 1 μm on the surface is overlaid so that the oxide films are aligned with each other, and both are heat-treated and bonded at 1000 ° C. for 90 minutes in an oxygen atmosphere. The second silicon semiconductor substrate is used as the base substrate 10, and the substrate 11 is lapped to have a thickness of 10 μm.
It becomes a thick active layer (FIG. 3C). As shown in the drawing, the portion where the groove is formed is a cavity 14 and constitutes the thick film portion 9 of the intermediate oxide film.
【００２０】その後、活性層１１に熱酸化法等により絶
縁酸化膜を約１μｍ厚に形成する。ついで、ＰＥＰでレ
ジストをパタ−ニングして絶縁酸化膜を部分的に除去
し、これをマスクとしてＲＩＥにより幅約２μｍ、深さ
約１０μｍのトレンチ７を活性層１１に形成する。トレ
ンチは、厚膜部分９の上に形成されるようにする。つい
で、マスクとして用いた酸化膜をエッチング除去する。
ＰＯＣｌ3 をトレンチ側壁に堆積してから加熱処理して
側壁から活性層内に不純物を拡散してｎ＋高濃度拡散層
１を形成する。ついで、約１０５０℃の酸化雰囲気中で
１５０分間熱酸化処理し、トレンチ７側壁に０．８μｍ
程度のシリコン酸化膜７１を形成する。この時、酸化
は、トレンチ側壁のみならず、内部の中間酸化膜が除去
されている部分にも及んでおり、露出している活性層お
よび台基板表面も酸化される。勿論活性層１１表面も一
様に酸化されている。ついで、減圧ＣＶＤによりポリシ
リコンをトレンチ内および活性層表面に堆積させる。ト
レンチ内はほぼ完全にポリシリコン７２によって充填さ
れ、同時に活性層１１上にもポリシリコンは堆積する。
ついで、トレンチ７内部のポリシリコン７２は残るよう
にＣＤＥ法を用いて表面上をエッチバックする。その
後、１０５０℃の酸化雰囲気中で１５０分間熱酸化処理
を行ってポリシリコン７２の上を酸化する。その他の拡
散層や電極等は、前の実施例と同じ様に形成される。こ
の空洞には、空気が充填誘電体として充填されているの
で、空洞部分をポリシリコンが充填されている中間酸化
膜の厚い部分よりも薄くすることが可能である。また、
空洞部分は、空冷効果を期待できるので、空冷装置を兼
ねることができる（図４）。図４は、図３に示す製造工
程に従って形成された半導体装置の要部断面図を現して
いる。Thereafter, an insulating oxide film having a thickness of about 1 μm is formed on the active layer 11 by a thermal oxidation method or the like. Then, the resist is patterned by PEP to partially remove the insulating oxide film, and using this as a mask, a trench 7 having a width of about 2 μm and a depth of about 10 μm is formed in the active layer 11. The trench is formed on the thick film portion 9. Then, the oxide film used as the mask is removed by etching.
After depositing POCl 3 on the side wall of the trench, heat treatment is performed to diffuse impurities from the side wall into the active layer to form the n + high-concentration diffusion layer 1. Then, a thermal oxidation process is performed for 150 minutes in an oxidizing atmosphere at about 1050 ° C. to form 0.8 μm on the sidewall of the trench 7.
A silicon oxide film 71 having a certain degree is formed. At this time, the oxidation extends not only to the side wall of the trench but also to the portion where the intermediate oxide film inside is removed, and the exposed active layer and the surface of the base substrate are also oxidized. Of course, the surface of the active layer 11 is also uniformly oxidized. Then, polysilicon is deposited in the trench and on the surface of the active layer by low pressure CVD. The trench is almost completely filled with polysilicon 72, and at the same time, polysilicon is also deposited on the active layer 11.
Then, the polysilicon 72 inside the trench 7 is etched back on the surface by the CDE method so that it remains. Then, thermal oxidation treatment is performed for 150 minutes in an oxidizing atmosphere at 1050 ° C. to oxidize the top of the polysilicon 72. Other diffusion layers, electrodes, etc. are formed in the same manner as in the previous embodiment. Since this cavity is filled with air as the filling dielectric, it is possible to make the cavity portion thinner than the thick portion of the intermediate oxide film filled with polysilicon. Also,
Since the hollow portion can be expected to have an air cooling effect, it can also serve as an air cooling device (FIG. 4). FIG. 4 shows a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor device formed according to the manufacturing process shown in FIG.
【００２１】この実施例では、中間酸化膜に空洞１４を
形成したが、トレンチ７と空洞１４の間にある酸化膜を
除去して空洞部にもポリシリコンを充填することができ
る。充填物としては、ポリシリコンに限らず、ＳｉＯ2
やＳｉ3 Ｎ4 なども使用できるが、これについては、他
の実施例でも同様である。この実施例で形成された中間
酸化膜の厚膜部分の厚さは、前述した溝の深さに依存す
るので比較的制御しやすい。この例では、活性層となる
半導体基板に溝を形成したが、台基板となる方の半導体
基板に溝形成をしても良い。その時の断面図は、空洞部
１４が中間酸化膜より下に配置されるような形状になっ
ている。また、溝を両方の半導体基板に設けることもで
きる。その時は、中間酸化膜が空洞部１５の中心を水平
に通る様な断面形状を有している。しかし、この方法で
は、上下の溝を合わせる必要があり、困難を伴う作業が
増えることになるので有利な方法ではない。In this embodiment, the cavity 14 is formed in the intermediate oxide film, but the oxide film between the trench 7 and the cavity 14 can be removed to fill the cavity with polysilicon. The filler is not limited to polysilicon, but SiO 2
Although Si 3 N 4 or the like can be used, the same applies to other embodiments. The thickness of the thick film portion of the intermediate oxide film formed in this embodiment is relatively easy to control because it depends on the depth of the groove described above. In this example, the groove is formed in the semiconductor substrate that becomes the active layer, but the groove may be formed in the semiconductor substrate that becomes the base substrate. The sectional view at that time has a shape such that the cavity portion 14 is arranged below the intermediate oxide film. It is also possible to provide the grooves in both semiconductor substrates. At that time, the intermediate oxide film has a cross-sectional shape such that it passes horizontally through the center of the cavity 15. However, this method is not an advantageous method because it is necessary to align the upper and lower grooves, which increases the number of difficult operations.
【００２２】次ぎに、バイポ−ラトランジスタを用いた
第３の実施例を、従来例である図１２を参照して説明す
る。前述した従来（図１２）のものは、ｎ＋埋め込み層
があるので、空乏層は、ここで十分拡がらず、中間酸化
膜まで達しない。したがって、この中間酸化膜で耐圧を
維持することは難しい。そこで、このトランジスタに本
発明を適用するには、まず、埋め込み層の不純物濃度を
基板濃度近くまで薄くし、埋め込み層８の深さを例えば
０．５μｍ以下にする必要がある。この状態で、図に示
すトレンチ７の下及びｎ＋拡散層１の下の中間酸化膜１
２の部分のみを３μｍ程度に厚くし、その他の部分を１
μｍ程度に薄くすれば耐圧は十分向上する。Next, a third embodiment using a bipolar transistor will be described with reference to FIG. 12 which is a conventional example. Since the conventional one (FIG. 12) described above has the n + buried layer, the depletion layer does not sufficiently spread here and does not reach the intermediate oxide film. Therefore, it is difficult to maintain the breakdown voltage with this intermediate oxide film. Therefore, in order to apply the present invention to this transistor, first, it is necessary to reduce the impurity concentration of the buried layer to near the substrate concentration and set the depth of the buried layer 8 to, for example, 0.5 μm or less. In this state, the intermediate oxide film 1 under the trench 7 and under the n + diffusion layer 1 shown in FIG.
Only thicken part 2 to 3 μm, and other parts 1
If the thickness is reduced to about μm, the breakdown voltage is sufficiently improved.
【００２３】図５および図６を参照して第４の実施例を
説明する。図５が１素子の断面図を示し、図６は、複数
の素子を連続的に配列してなる半導体装置の平面図を示
している。これは、例えば、プラズマデイスプレイの出
力段６０の多出力ＩＣに用いて最適な例である。各素子
は、中心および素子境界にトレンチ７が形成されてお
り、中心のトレンチ側壁の周囲にはドレインとなるｎ＋
拡散層１が形成されている（図５では、素子境界のトレ
ンチは省略した）。図示のように、素子の中心にドレイ
ン電極Ｄがあり、ゲ−ト電極Ｇおよびソ−ス電極Ｓが同
心円状にその周囲に形成されており、各電極は外部端子
に接続されている。この多出力ＩＣは、その他に多出力
ドライバやハイサイドスイッチなどに用いられる。図５
は、図６に示す平面図のＡＡ′部分の断面図である。A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a sectional view of one element, and FIG. 6 shows a plan view of a semiconductor device in which a plurality of elements are continuously arranged. This is an optimum example for use in a multi-output IC of the output stage 60 of the plasma display, for example. In each element, a trench 7 is formed at the center and at the element boundary, and n + becomes a drain around the center sidewall of the trench.
The diffusion layer 1 is formed (the trench at the device boundary is omitted in FIG. 5). As shown in the figure, a drain electrode D is provided at the center of the device, and a gate electrode G and a source electrode S are concentrically formed around the device, and each electrode is connected to an external terminal. The multi-output IC is also used for a multi-output driver, a high side switch and the like. Figure 5
FIG. 7 is a sectional view of a portion AA ′ in the plan view shown in FIG. 6.
【００２４】しかし、中間酸化膜１２の厚い部分９が多
いとＳＯＩ基板が歪んで破損することがあるので、その
破損を少なくしたい場合には、この厚い部分９は、ドレ
イン領域などのｎ＋拡散層１の形成されていないトレン
チ７に設けないようにすれば良い。However, if the thick portion 9 of the intermediate oxide film 12 is large, the SOI substrate may be distorted and damaged. Therefore, if it is desired to reduce the damage, the thick portion 9 is n + diffusion such as a drain region. It suffices not to provide it in the trench 7 where the layer 1 is not formed.
【００２５】ついで、図７を参照して第５の実施例を説
明する。これは、図１に示す第１の実施例のＬＤＭＯＳ
構造の半導体装置の変形例であり、図７は、その断面図
であり、ＳＯＩ基板（ウェ−ハ）に形成された１素子の
右半分を示すものである。左側面部に形成され、ドレイ
ン領域（ｎ＋拡散層）１にその周囲を囲まれたトレンチ
７は、この素子の中心に位置しており、一方、右側面部
のトレンチ７は、ドレイン領域１を備えたトレンチ７を
囲むように形成されており、活性領域を内側に含む素子
分離領域を構成している。この素子分離領域の平面形状
は、例えば、図６の様に楕円であることもあれば、円形
や角型でもよく、その形状にとくに制限はない。また、
ドレイン領域１を備えたトレンチ７の平面形状も制限さ
れるものではない。ウェ−ハはシリコンの台基板１０
と、１μｍ厚の中間酸化膜１２と、不純物濃度が４×１
０14／ｃｍ3 である１０μｍ厚の活性層１１から構成さ
れている。中間酸化膜１２のトレンチ７底辺およびその
周辺のドレイン領域１が形成されている下の部分９は、
それ以外の部分（１μｍ厚）より厚くなっている。ドレ
イン領域１の底部が前述のようにブレ−クダウンポイン
トとなるので、他の部分は任意の厚さにして、その部分
を厚くすると、台基板１０とドレイン領域１底部との距
離が部分的に大きくなり、その結果素子耐圧が向上す
る。この厚い部分９は、トレンチ７底辺と中間酸化膜１
２が接するドレイン領域１底辺を完全にその上に含むこ
とが必要である。この厚い部分９の厚さ（Ｒ）が、ドレ
イン領域１のトレンチ７側壁からの深さを越えていれ
ば、高耐圧を維持することができる。トレンチ７の内部
および厚い部分９の内部にはポリシリコンが充填されて
いる。活性層１１には、その表面領域には、ベ−ス領域
となるｐ拡散層３およびその中にソ−ス領域となるｎ＋
拡散層２が形成されている。Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. This is the LDMOS of the first embodiment shown in FIG.
FIG. 7 is a modification of the semiconductor device having the structure, and FIG. 7 is a sectional view thereof, showing the right half of one element formed on the SOI substrate (wafer). A trench 7 formed on the left side surface and surrounded by the drain region (n + diffusion layer) 1 is located at the center of the device, while the right side trench 7 includes the drain region 1. It is formed so as to surround the trench 7 and constitutes an element isolation region including an active region inside. The plane shape of the element isolation region may be, for example, an ellipse as shown in FIG. 6, or may be a circle or a square shape, and the shape thereof is not particularly limited. Also,
The planar shape of the trench 7 having the drain region 1 is also not limited. Wafer is silicon base substrate 10
And the intermediate oxide film 12 having a thickness of 1 μm and the impurity concentration of 4 × 1
The active layer 11 has a thickness of 0 14 / cm 3 and a thickness of 10 μm. The bottom portion 9 of the intermediate oxide film 12 where the drain region 1 around the bottom of the trench 7 and the periphery thereof is formed is
It is thicker than the other portions (1 μm thick). Since the bottom portion of the drain region 1 serves as a break-down point as described above, if the other portion is made to have an arbitrary thickness and that portion is thickened, the distance between the base substrate 10 and the bottom portion of the drain region 1 is partially increased. As a result, the breakdown voltage of the device is improved. This thick portion 9 is the bottom of the trench 7 and the intermediate oxide film 1.
It is necessary to completely include the bottom of the drain region 1 where 2 contacts. If the thickness (R) of this thick portion 9 exceeds the depth of the drain region 1 from the sidewall of the trench 7, a high breakdown voltage can be maintained. The inside of the trench 7 and the inside of the thick portion 9 are filled with polysilicon. In the surface region of the active layer 11, the p diffusion layer 3 serving as a base region and n + serving as a source region therein are formed.
The diffusion layer 2 is formed.
【００２６】以上の構成は、図１の半導体装置と同じで
あるが、図７には、素子分離領域のトレンチ７の側面部
分の活性層に高不純物濃度のｎ＋拡散層１３が形成され
ている点でその半導体装置とは相違している。すなわ
ち、活性領域を囲む素子分離領域のトレンチ７に面した
活性領域に不純物を高濃度に拡散して先のｎ＋拡散層１
３を形成する。この層は、ベ−ス領域であるｐ拡散層３
とは離れており、フロ−テイング状態にあり、したがっ
て、ソ−ス／ドレイン間に逆バイアスを印加したとき
に、トレンチ側壁での界面再結合の発生を防ぐので、素
子分離領域でのリ−ク電流を少なくする事ができる。こ
の素子分離領域のトレンチ７の底部およびその周辺に形
成したｎ＋拡散層１３の底部の下の中間酸化膜１２もド
レイン領域１の下と同じく厚い部分９になっている。し
かし、この部分には高い電圧が掛かるわけではないの
で、本来は、厚くする必要はないが、前述のように製造
工程を短縮して製造を容易にするためには、すべてのト
レンチとその周辺部分の下の中間酸化膜１２を厚い部分
９にする方がよい。ＳＯＩ基板の機械的強度を高く維持
したいときは、耐圧に影響のない素子分離領域のトレン
チ７の下には、厚い部分９を形成しない方がよい。The above structure is the same as that of the semiconductor device of FIG. 1, but in FIG. 7, an n + diffusion layer 13 of high impurity concentration is formed in the active layer on the side surface of the trench 7 in the element isolation region. The semiconductor device is different from the semiconductor device in that That is, impurities are diffused at a high concentration into the active region facing the trench 7 of the element isolation region surrounding the active region, and the n + diffusion layer 1
3 is formed. This layer is the p diffusion layer 3 which is the base region.
Is separated from the source and is in a floating state. Therefore, when a reverse bias is applied between the source and the drain, interface recombination on the sidewall of the trench is prevented, so that the isolation in the isolation region is prevented. The current can be reduced. The intermediate oxide film 12 under the bottom of the trench 7 in the element isolation region and the bottom of the n + diffusion layer 13 formed around the trench 7 is also a thick portion 9 as under the drain region 1. However, since a high voltage is not applied to this part, it is not necessary to make it thick originally, but in order to shorten the manufacturing process and facilitate manufacturing as described above, all trenches and their surroundings are not required. It is better to make the intermediate oxide film 12 under the portion thicker. In order to keep the mechanical strength of the SOI substrate high, it is preferable not to form the thick portion 9 under the trench 7 in the element isolation region that does not affect the breakdown voltage.
【００２７】前述のように、本発明の半導体装置は、完
全空乏層（ＦＤ；Full Depletion）構造のＳＯＩ基板を
備えているが、このＳＯＩ基板の中間酸化膜で電圧降下
が起こるので、この中間酸化膜を厚くすることによって
高耐圧が得られる。そして、その耐圧は、中間酸化膜の
材料の比誘電率εに依存している。例えば、図１や図２
に示す実施例では、中間酸化膜は、ＳｉＯ2 を主として
用いているが、耐圧は１μｍについて８０Ｖ変化する。
したがって、活性層（不純物濃度は、４×１０14／ｃｍ
3 ）の深さを１０μｍとし、中間酸化膜厚を１μｍとし
たときの耐圧は１４０Ｖであるが、中間酸化膜厚を２μ
ｍ厚くして、３μｍにすると、３００Ｖに上昇する。こ
のＳｉＯ2 の比誘電率εは、約３．８である。また、第
２の実施例では、ＳｉＯ2 を中間酸化膜にしているが、
この部分は、空洞になっており、空洞部分には、通常、
空気が満たされている。したがって、この中間酸化膜の
形成されている領域は、ＳｉＯ2 と空気から構成されて
おり、その比誘電率εは両者の中間的な値になる。この
領域が酸化物が無く全部空気であると仮定すると、空気
の比誘電率εは、ほぼ１であり、耐圧は、その厚さが１
μｍ増す毎に２５０Ｖ上昇する。したがって、上記の空
洞のある中間酸化膜では、耐圧の上昇率は、１μｍ増す
ごとに８０Ｖと２５０Ｖの中間の値になる。以上のよう
に、中間酸化膜の比誘電率εが小さくなれば耐圧が上が
るので、εの小さい材料を用いれば、トレンチおよびそ
の周辺近傍の中間酸化膜の膜厚部分を他の部分よりそれ
程厚くしなくても、高耐圧を十分確保することができ
る。As described above, the semiconductor device of the present invention is provided with the SOI substrate having the full depletion (FD) structure. However, since a voltage drop occurs in the intermediate oxide film of this SOI substrate, this intermediate A high breakdown voltage can be obtained by thickening the oxide film. The breakdown voltage depends on the relative permittivity ε of the material of the intermediate oxide film. For example, FIG. 1 and FIG.
In the example shown in (1), the intermediate oxide film mainly uses SiO 2 , but the breakdown voltage changes by 80 V for 1 μm.
Therefore, the active layer (impurity concentration is 4 × 10 14 / cm 2
When the depth of 3 ) is 10 μm and the intermediate oxide film thickness is 1 μm, the breakdown voltage is 140 V, but the intermediate oxide film thickness is 2 μm.
When the thickness is increased to 3 μm, the voltage rises to 300V. The relative permittivity ε of this SiO 2 is about 3.8. Further, in the second embodiment, SiO 2 is used as the intermediate oxide film,
This part is hollow, and the hollow part is usually
The air is full. Therefore, the region where the intermediate oxide film is formed is composed of SiO 2 and air, and the relative permittivity ε thereof is an intermediate value between the two. Assuming that this region is free of oxide and is entirely air, the relative permittivity ε of air is almost 1, and the breakdown voltage is 1
It rises by 250V every time μm increases. Therefore, in the above-described voided intermediate oxide film, the rate of increase in breakdown voltage becomes an intermediate value between 80 V and 250 V for every 1 μm increase. As described above, the withstand voltage increases as the relative permittivity ε of the intermediate oxide film decreases. Therefore, if a material with a low ε is used, the thickness of the intermediate oxide film in the vicinity of the trench and its periphery is made thicker than other portions. Even without doing so, a high withstand voltage can be sufficiently ensured.
【００２８】台基板電位を最下位電位（ＧＮＤ）にし、
主接合空乏層が底部にある中間酸化膜迄広がるように上
部半導体基板（活性層）の不純物濃度ｎi （／ｃｍ3 ）
を設定した前述の完全空乏層（ＦＤ）構造のＳＯＩ基板
について、その完全空乏層構造を維持する条件は、前記
活性層の不純物濃度ｎi をできるだけ小さくするか、活
性層の厚さｔ（μｍ）をできるだけ小さくする必要があ
る。一方、デバイスのオン抵抗Ｒを小さくする、例え
ば、０．３Ωｃｍ2 程度以下にするためには、前記不純
物濃度ｎi を大きくするか、活性層の厚さｔをできるだ
け大きくする必要があるので、この条件とは、背反して
いる。活性層の不純物濃度ｎi は、活性層の固有抵抗ρ
（Ωｃｍ）とは反比例する。また、図７に示すｐ拡散層
３の基板表面からの深さをｘj （μｍ）、ｐ拡散層３の
底面から中間酸化膜１２の表面までの距離をｗ（μｍ）
とすると、前記活性層の厚さｔは、ｗ＋ｘj で表され
る。前記不純物濃度ｎj は、ｗ2 に反比例している。The base substrate potential is set to the lowest potential (GND),
Impurity concentration n i (/ cm 3 ) of the upper semiconductor substrate (active layer) so that the main junction depletion layer extends to the intermediate oxide film at the bottom
For a complete depletion layer (FD) SOI substrate having a structure described above is set to its full depletion layer structure to maintain the condition, or to minimize the impurity concentration n i of the active layer, the active layer thickness t ([mu] m ) Should be as small as possible. On the other hand, in order to reduce the on-resistance R of the device, for example, to reduce it to about 0.3 Ωcm 2 or less, it is necessary to increase the impurity concentration n i or increase the thickness t of the active layer as much as possible. This condition is inconsistent. The impurity concentration n i of the active layer is the specific resistance ρ of the active layer.
It is inversely proportional to (Ωcm). Further, the depth of the p diffusion layer 3 shown in FIG. 7 from the substrate surface is x j (μm), and the distance from the bottom surface of the p diffusion layer 3 to the surface of the intermediate oxide film 12 is w (μm).
Then, the thickness t of the active layer is represented by w + x j . The impurity concentration n j is inversely proportional to w 2 .
【００２９】ここで、前の図７を参照してＳＯＩ基板に
完全空乏層が形成される条件にその活性層の不純物濃度
がどの様に関わっているか述べる。ある不純物濃度を有
する半導体基板のソ−ス／ドレイン間に約２×１０5 Ｖ
／ｃｍの逆バイアスを印加してアバランシェブレ−クダ
ウンを起こす時の空乏層の深さを求める。そして、その
空乏層の先端に中間酸化膜の表面が接触するように、活
性層の厚さｔを決めれば、前の条件を満たすことにな
る。したがって、この厚さｔは、前の不純物濃度におけ
る基板において、完全空乏層が形成される条件を備えた
最大値であり、活性層がこの値以下ならば、常に完全空
乏層を形成することができる。具体的には活性層の不純
物濃度ｎi 、その時の活性層の固有抵抗ρ、活性層内の
拡散層の底面から中間酸化膜の表面までの長さの最大値
ｗmax および活性層内でのオン抵抗Ｒ（ｋΩ）が、以下
の表１に示される。オン抵抗Ｒは、ρ／ｗで表されるの
で、これは、表面抵抗と等しい。したがって、測定が容
易な表面抵抗を計測すれば、オン抵抗は、容易に算出で
き、さらに、不純物濃度ｎi を予め決めれば、その時の
ｗは容易に決定できる。Here, how the impurity concentration of the active layer is related to the condition for forming the complete depletion layer on the SOI substrate will be described with reference to FIG. About 2 × 10 5 V between source / drain of a semiconductor substrate having a certain impurity concentration
The depth of the depletion layer when avalanche breakdown is applied by applying a reverse bias of / cm is obtained. Then, if the thickness t of the active layer is determined so that the surface of the intermediate oxide film contacts the tip of the depletion layer, the above condition is satisfied. Therefore, this thickness t is the maximum value with the condition that the complete depletion layer is formed in the substrate at the previous impurity concentration, and if the active layer is less than this value, the complete depletion layer can always be formed. it can. Specifically, the impurity concentration n i of the active layer, the specific resistance ρ of the active layer at that time, the maximum value w max of the length from the bottom surface of the diffusion layer in the active layer to the surface of the intermediate oxide film, and in the active layer The on-resistance R (kΩ) is shown in Table 1 below. Since the on-resistance R is represented by ρ / w, this is equal to the surface resistance. Therefore, if the surface resistance that can be easily measured is measured, the on-resistance can be easily calculated, and if the impurity concentration n i is determined in advance, then w at that time can be easily determined.
【００３０】[0030]
【表１】 [Table 1]
【００３１】活性層内のｐ拡散層の深さｘj は、活性層
の厚さｔに比較すると極端に小さい（ｔ＞＞ｘj ）の
で、ｔは、ほぼｗmax に等しいものとすることができ
る。ここで、活性層の表面抵抗ρs をみると、大体３ｋ
Ω前後である。すなわち、完全空乏層を形成する条件を
満たすＳＯＩ基板は、このような表面抵抗を有するの
で、四探針法などによる表面抵抗メ−タを用いてこのρ
s を測定すれば、この条件を満足する半導体基板を容易
に得ることが可能である。Since the depth x j of the p diffusion layer in the active layer is extremely small compared to the thickness t of the active layer (t >> x j ), t should be approximately equal to w max. You can Here, looking at the surface resistance ρ s of the active layer, it is about 3 k
It is around Ω. That is, since the SOI substrate satisfying the condition of forming the complete depletion layer has such a surface resistance, this ρ can be calculated by using the surface resistance meter by the four-point probe method or the like.
By measuring s , it is possible to easily obtain a semiconductor substrate that satisfies this condition.
【００３２】つぎに、前記表１を説明するために、図８
に活性層の不純物濃度ｎi と完全空乏層を形成するため
に必要な活性層内のｐ拡散層の底部から中間酸化膜表面
までの距離の最大値ｗmax との関係及び活性層の表面抵
抗ρs と前記Ｗmax との関係を示す。図のｎi −ｗmax
曲線Ａに示されるように、ｎi が低下するに連れて、ｗ
max は増加する。そして、その結晶性を考慮すれば活性
層の薄くすることは、５μｍ程度が限度であると認めら
れる。また、曲線Ｂのようにρs はほぼ３ｋΩを前後し
ている。活性層の深さは３５μｍを越える深さまで可能
であるが、トレンチを形成するには限度があるので、２
５μｍ程度以下にするのが適当である。また、活性層の
不純物濃度ｎi は、１×１０14／ｃｍ3 〜８×１０15／
ｃｍ3 程度が適当である。この上限を越えると十分耐圧
を上げることができなくなるし、下限以下であると抵抗
値を制御する事が難しくなる。以上のことから、完全空
乏層が形成される条件は、ｎi 及びｗが図の斜線の領域
にあれば満足される。Next, in order to explain the above Table 1, FIG.
, The relation between the impurity concentration n i of the active layer and the maximum value w max of the distance from the bottom of the p diffusion layer in the active layer to the surface of the intermediate oxide film necessary for forming the complete depletion layer, and the surface resistance of the active layer. The relationship between ρ s and the W max is shown. N i −w max in the figure
As shown in curve A, As the n i is decreased, w
max increases. Considering the crystallinity, it is recognized that the thinning of the active layer is limited to about 5 μm. Further, as shown by the curve B, ρ s is around 3 kΩ. The depth of the active layer can be up to more than 35 μm, but there is a limit to forming a trench, so 2
It is appropriate that the thickness is about 5 μm or less. The impurity concentration n i of the active layer, 1 × 10 14 / cm 3 ~8 × 10 15 /
cm 3 is suitable. If the upper limit is exceeded, the breakdown voltage cannot be sufficiently increased, and if it is lower than the lower limit, it becomes difficult to control the resistance value. From the above, the conditions for forming a complete depletion layer are satisfied if n i and w are in the shaded regions in the figure.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、ＳＯＩ基
板を用いた半導体装置において、トレンチ底辺およびそ
の周辺部分における上部半導体基板と台基板との間隔を
他の部分における上部半導体基板と台基板との間隔を部
分的に大きく、すなわち、トレンチ底辺およびその周辺
部分における中間酸化膜の膜厚を前記他の部分における
中間酸化膜の膜厚より厚くしたので高耐圧を維持するこ
とが可能になり、また、中間酸化膜の大部分を従来より
薄くした結果、基板自体の反りが少なくなったので、ス
テッパ−などの半導体製造装置に支障なく適用すること
ができる。As described above, according to the present invention, in the semiconductor device using the SOI substrate, the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate at the bottom of the trench and its peripheral portion is set to the upper semiconductor substrate and the base at other portions. Since the distance from the substrate is partially large, that is, the thickness of the intermediate oxide film at the bottom of the trench and its peripheral portion is made larger than the thickness of the intermediate oxide film at the other portions, it is possible to maintain a high breakdown voltage. Further, as a result of thinning most of the intermediate oxide film as compared with the conventional one, the warp of the substrate itself is reduced, so that it can be applied to a semiconductor manufacturing apparatus such as a stepper without any trouble.
【図１】本発明に係る半導体装置の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention.
【図２】本発明に係る半導体装置の製造工程断面図。FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor device manufacturing process according to the present invention.
【図３】本発明に係る半導体装置の製造工程断面図。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device manufacturing process according to the present invention.
【図４】図３に示す製造工程に従って形成された半導体
装置の要部断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor device formed according to the manufacturing process shown in FIG.
【図５】図６に示す半導体装置の平面図のＡＡ′部分の
断面図。5 is a cross-sectional view of a portion AA ′ of the plan view of the semiconductor device shown in FIG.
【図６】本発明に係る複数の素子を配列してなる半導体
装置の平面図。FIG. 6 is a plan view of a semiconductor device in which a plurality of elements according to the present invention are arranged.
【図７】本発明に係る半導体装置の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device according to the present invention.
【図８】本発明に係る半導体装置の完全空乏層の最大深
さの不純物濃度依存性と表面抵抗依存性を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the dependency of the maximum depth of the complete depletion layer on the impurity concentration and the surface resistance of the semiconductor device according to the present invention.
【図９】従来の半導体装置の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a conventional semiconductor device.
【図１０】従来の半導体装置の断面図。FIG. 10 is a sectional view of a conventional semiconductor device.
【図１１】図１０に示す半導体装置内の電位分布及び正
孔の発生レ−トを記した断面図。11 is a cross-sectional view showing the potential distribution and hole generation rate in the semiconductor device shown in FIG.
【図１２】従来の半導体装置の断面図。FIG. 12 is a sectional view of a conventional semiconductor device.
【図１３】ウェ−ハの中間酸化膜の膜厚とウェ−ハの反
り量との関係を示す特性図。FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the intermediate oxide film on the wafer and the amount of warpage of the wafer.
１ ｎ＋拡散層 ２ ｎ＋拡散層 ３ ｐ拡散層 ４ ｐ＋拡散層 ５ 表面酸化膜 ６ ｎ−拡散層 ７ トレンチ ７１ シリコン酸化膜 ７２ ポリシリコン ８ ｎ＋埋め込み層 ９ 中間酸化膜の厚い部分 １０ 台基板 １１ 上部半導体基板（活性層） １２ 中間酸化膜 １３ フロ−ティング状態のｎ＋拡散層1 n + Diffusion layer 2 n + Diffusion layer 3 p Diffusion layer 4 p + Diffusion layer 5 Surface oxide film 6 n - Diffusion layer 7 Trench 71 Silicon oxide film 72 Polysilicon 8 n + Buried layer 9 Thick portion of intermediate oxide film 10 Base substrate 11 Upper semiconductor substrate (active layer) 12 Intermediate oxide film 13 n + diffusion layer in floating state
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 明彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 松田 昇 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 安原 紀夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 中川 明夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akihiko Osawa No. 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Tamagawa Plant, Toshiba Corporation (72) Inventor Noboru Matsuda Komukai-Toshiba, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Incorporation company Toshiba Tamagawa Plant (72) Inventor Norio Yasuhara Komukai Toshiba Town, Kouki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 Inside Toshiba Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Akio Nakagawa Komukai, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 Incorporated company Toshiba Research Institute
Claims (14)
板、および前記両基板に挟まれた中間酸化膜を有する半
導体基板と、 前記上部半導体基板表面から前記中間酸化膜に到達する
ように前記上部半導体基板に形成された複数のトレンチ
と、 前記複数のトレンチの内の少なくとも一部のトレンチの
側壁周辺に形成され、その底面が中間酸化膜に接してい
る不純物拡散層とを備え、 少なくとも前記不純物拡散層をその側壁周辺に形成した
トレンチの底辺およびその周辺部分における前記上部半
導体基板と前記台基板との間隔は、その他の部分におけ
る前記上部半導体基板と前記台基板との間隔より大きい
ことを特徴とする半導体装置。1. A base substrate, an upper semiconductor substrate having an active layer, and a semiconductor substrate having an intermediate oxide film sandwiched between the two substrates, and the semiconductor substrate having the intermediate oxide film reaching from the surface of the upper semiconductor substrate. A plurality of trenches formed in the upper semiconductor substrate, and an impurity diffusion layer formed around the sidewalls of at least some of the plurality of trenches, the bottom surface of which is in contact with the intermediate oxide film, The distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate at the bottom of the trench having the impurity diffusion layer formed around the side wall and the peripheral portion thereof is larger than the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate at other portions. Characteristic semiconductor device.
その周辺部分は、前記上部半導体基板と前記台基板との
間隔を前記その他の部分の前記上部半導体基板と前記台
基板との間隔より大きくすることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置。2. A distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate is set to be larger than a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in the other portions at all bottom sides of the plurality of trenches and their peripheral portions. Claim 1 characterized by the above.
The semiconductor device according to.
トレンチの底辺および周辺部分は、前記上部半導体基板
と前記台基板との間隔を前記その他の部分の前記上部半
導体基板と前記台基板との間隔より大きくすることを特
徴とする請求項１に記載の半導体装置。3. The bottom and peripheral portions of the trench in which the impurity diffusion layer is formed around the side wall are arranged such that the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate is different from that of the other portions of the upper semiconductor substrate and the base substrate. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is larger than the gap.
記周辺部分に完全に含ま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。4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the impurity diffusion layer is completely included in the peripheral portion of the trench.
らの深さは、０．５μｍ以上、５μｍ以下であることを
特徴とする請求項１に記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the depth of the impurity diffusion layer from the sidewall of the trench is 0.5 μm or more and 5 μm or less.
隔を前記その他の部分の前記上部半導体基板と前記台基
板との間隔より大きくしたトレンチ底辺および周辺部部
分の前記中間酸化膜は、空洞を有しており、この空洞と
前記トレンチとは隔離されていることを特徴とする請求
項１に記載の半導体装置。6. A trench bottom and a peripheral portion of the intermediate oxide film, wherein a space between the upper semiconductor substrate and the base substrate is larger than a space between the upper semiconductor substrate and the base substrate in the other portions, and the intermediate oxide film is a cavity. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a cavity, and the cavity and the trench are isolated from each other.
隔を前記その他の部分の前記上部半導体基板と前記台基
板との間隔より大きくしたトレンチ底辺および周辺部分
の前記中間酸化膜の内部には、この中間酸化膜とは誘電
率の異なる材料が充填されていることを特徴とする請求
項１に記載の半導体装置。7. A trench bottom and a peripheral portion inside the intermediate oxide film, wherein a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate is larger than a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in the other portions. The semiconductor device according to claim 1, wherein a material having a dielectric constant different from that of the intermediate oxide film is filled.
ン、Ｓｉ3 Ｎ4 もしくはこの両者が充填されていること
を特徴とする請求項７に記載の半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the intermediate oxide film is filled with polysilicon, Si 3 N 4 or both of them.
５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置。9. The depth of the trench is 5 μm or more, 2
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a thickness of 5 μm or less.
１×１０14／ｃｍ3以上、８×１０15／ｃｍ3 以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。10. The impurity concentration of the upper semiconductor substrate is
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a density of 1 × 10 14 / cm 3 or more and 8 × 10 15 / cm 3 or less.
板、および前記両基板に挟まれた１μｍ厚の中間酸化膜
を備えた半導体基板と、 前記上部半導体基板表面から前記中間酸化膜に到達する
ように前記上部半導体基板に形成された複数のトレンチ
と、 前記トレンチの少なくとも一部の側壁の周辺に形成され
たｎ＋不純物層であるドレイン領域とを備え、前記トレ
ンチ底辺およびその周辺部分における前記上部半導体基
板と前記台基板との間隔は、１μｍより大きくすること
を特徴とする半導体装置。11. A semiconductor substrate comprising a base substrate, an upper semiconductor substrate having a thickness of 10 μm, and an intermediate oxide film having a thickness of 1 μm sandwiched between the both substrates, and an intermediate oxide film reaching from the surface of the upper semiconductor substrate. A plurality of trenches formed in the upper semiconductor substrate, and a drain region that is an n + impurity layer formed around the sidewall of at least a part of the trench, and the upper portion at the bottom of the trench and the peripheral portion thereof. A semiconductor device, wherein a distance between the semiconductor substrate and the base substrate is larger than 1 μm.
板および前記両基板に挟まれた中間酸化膜を有する半導
体基板と、 前記活性層内にその表面が露出するように形成され、前
記活性層とは導電型の異なる導電型を有するベ−ス領域
と、 前記ベ−ス領域に隣接し、その表面が露出するように形
成され、前記活性層と同じ導電型を有するソ−ス領域
と、 前記活性層内に形成され、前記活性層と同じ導電型を有
するドレイン領域と、 前記上部半導体基板表面から前記中間酸化膜表面に到達
するように前記上部半導体基板に形成され、素子分離領
域を構成するトレンチと、 前記上部半導体基板表面から前記中間酸化膜表面に到達
するように前記上部半導体基板の前記素子分離領域内に
形成され、その側壁周辺の活性層内に前記ドレイン領域
を備えたトレンチと、 前記素子分離領域を構成するトレンチの側壁周辺の活性
層内に形成され、前記活性層とは同じ導電型を有し、他
の領域とはフロ−ティング状態にある高濃度不純物拡散
層とを具備し、 前記ドレイン領域を備えたトレンチの底辺およびその周
辺部分における前記上部半導体基板と前記台基板との間
隔は、その他の部分の前記上部半導体基板と前記台基板
との間隔より大きいことを特徴とする半導体装置。12. A semiconductor substrate having a base substrate, an upper semiconductor substrate having an active layer, and an intermediate oxide film sandwiched between the both substrates; and a surface of the semiconductor substrate exposed in the active layer. A base region having a conductivity type different from that of the layer; and a source region adjacent to the base region and formed so that its surface is exposed and having the same conductivity type as the active layer. A drain region formed in the active layer and having the same conductivity type as that of the active layer; and a device isolation region formed in the upper semiconductor substrate so as to reach the intermediate oxide film surface from the upper semiconductor substrate surface. A trench is formed, and the drain region is formed in an active layer around the sidewall of the trench, the trench being formed so as to reach the intermediate oxide film surface from the upper semiconductor substrate surface. High-concentration impurity diffusion that is formed in the active layer around the sidewall of the trench that forms the element isolation region, has the same conductivity type as the active layer, and is in a floating state with other regions. A gap between the upper semiconductor substrate and the base substrate at a bottom side of the trench having the drain region and the peripheral portion thereof is larger than a gap between the upper semiconductor substrate and the base substrate in other portions. A semiconductor device characterized by the above.
両基板に挟まれた中間酸化膜とを備えた半導体基板の前
記上部半導体基板表面から前記中間酸化膜に到達するよ
うにトレンチを形成する工程と、 前記トレンチの少なくとも一部の側壁周辺に不純物拡散
層を形成する工程と、 前記トレンチ底辺に露出している前記中間酸化膜をエッ
チングして、この中間酸化膜を前記トレンチ底辺から後
退させる工程と、 前記トレンチ側壁表面および前記中間酸化膜が後退した
後の前記上部半導体基板および前記台基板表面を酸化す
ることにより、前記トレンチ底辺およびその周辺部分に
おいて、前記上部半導体基板と前記台基板との間隔をそ
の他の部分の前記上部半導体基板と前記台基板との間隔
より大きくする工程とを備えていることを特徴とする半
導体装置の製造方法。13. A trench is formed so as to reach the intermediate oxide film from a surface of the upper semiconductor substrate of a semiconductor substrate including a base substrate, an upper semiconductor substrate, and an intermediate oxide film sandwiched between these substrates. A step of forming an impurity diffusion layer around the sidewall of at least a part of the trench; and etching the intermediate oxide film exposed at the bottom of the trench to recede the intermediate oxide film from the bottom of the trench. A step, and by oxidizing the upper semiconductor substrate and the base substrate surface after the trench side wall surface and the intermediate oxide film recede, in the trench bottom and its peripheral portion, the upper semiconductor substrate and the base substrate Is larger than the distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in other portions. A method for manufacturing a conductor device.
その両方の半導体基板の表面に溝を形成する工程と、 前記台基板と前記上部半導体基板の表面を、前記溝も含
めて酸化する工程と、 前記台基板及び前記上部半導体基板とを両者の接合面に
前記溝が配置されるように接合する事により、この接合
面に前記下部半導体と前記上部半導体基板とを隔てる中
間酸化膜を形成すると同時に、この接合面において前記
溝が形成されている部分における前記上部半導体基板と
前記台基板との間隔を他の部分における前記上部半導体
基板と前記台基板との間隔より大きくする工程と、 前記上部半導体基板の表面から前記中間酸化膜の溝が形
成されている部分に到達するように前記上部半導体基板
にトレンチを形成する工程と、 前記トレンチのうち少なくとも一部のトレンチの側壁周
辺に不純物拡散層を形成する工程とを備えていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。14. A step of forming a groove on the surface of a base substrate, an upper semiconductor substrate, or both semiconductor substrates, a step of oxidizing the surfaces of the base substrate and the upper semiconductor substrate including the groove, By bonding the base substrate and the upper semiconductor substrate so that the groove is arranged on the bonding surface of both, an intermediate oxide film for separating the lower semiconductor and the upper semiconductor substrate is formed on the bonding surface, and at the same time, A step of making a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in a portion where the groove is formed in the bonding surface larger than a distance between the upper semiconductor substrate and the base substrate in another portion, and the upper semiconductor substrate Forming a trench in the upper semiconductor substrate so as to reach a portion where the groove of the intermediate oxide film is formed from the surface of the intermediate oxide film; And also a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that a step of forming an impurity diffusion layer on the side wall around the portion of the trench.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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