KR100257412B1 - 집적회로 장치 - Google Patents

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요트.게.아. 롤페즈
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Abstract

개선된 전압 항복 특성을 나타내고, 고전압 용도에 특히 적합한 본 발명의 집적 회로 장치는 제1전도 형태의 적어도 약 1000Ω-cm의 저항을 갖는 반도체 기판(1)과; 상기 기판상에 제공되는 절연층(5)과; 상기 절연층(5)에 제공되는 반도체층(3)과; 상기 반도체층(3)내에 제공되어 서브회로 부분을 형성하는 다수의 가로 방향으로 분리된 회로 요소와; 상기 기판내에 제공되고 가로방향으로 상기 회로 요소와 분리되고 상기 제1전도 형태와 상반된 제2전도 형태의 확산 영역(2)과; 상기 집적 회로 장치내의 소정의 서브 회로의 최대 전위의 전위와 적어도 동일한 전압에서 상기 확산 영역을 접촉시키고 유지시키는 수단(15)을 포함한다.

Description

집적회로 장치
제1도는 기판내에서 확산된 접점 영역과, 고전압 상호접속 버스와, 소스 플로워 장치를 포함하는 고전압 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator) 집적 회로의 일부를 도시한 단면도.
제2도는 고전압 다이오드와, 소스 플로워 모드에서 동작하는 다이오드와, 고전압 상호접속 버스를 포함하는 일부의 실리콘-온-절연체 회로의 평면도.
제3도는 소스 폴로워 회로내에서 두 개의 가로 방향의 2중 확산된 금속-산화물-반도체-실리콘-온-절연체(LDMOS-SOI) 트랜지스터를 포함하는 브리지 회로의 구조를 도시한 단면도.
제4도는 제3도에 도시된 브리지 회로에서, 접지된 소스 구조내에서 동작하는 LDMOS 트랜지스터의 정전 전위 분포를 컴퓨터 시뮬레이션함으로써 발생된 결과의 동전위 윤곽 맵
제5도는 제3도에 도시된 브리지 회로에서, 소스 플로워 구조내에서 동작하는 LDMDOS 트랜지스터의 정전 전위 분포를 컴퓨터 시뮬레이션함으로써 발생된 결과의 등전위 윤곽 맵.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 기판 2, 41 : 확산영역
3 : 반도체층 5 : 절연층
34 : SOI 층 37 : 절연영역
41 : 확산영역 45 : 폴리실리콘 게이트 영역
49 : P 몸체영역 53 : N+ 소스영역
55 : N+ 드레인영역 57 : P+ 영역
본 발명은 고전압 용도에 특히 적합한 집적 회로 장치에 관한 것으로, 특히, 반도체-온-절연체( semiconductor-on insulator; SOI) 기법을 사용하여 제조되고 개선된 전압 항복 특성(improved voltage breakdown properties)을 나타내는 집적 회로 장치에 관한 것이다.
고전압 집적 회로 기술에서 주요 문제점을 구성 요소들과 부 회로들을 절연(isolation)시키는문제를 만족스럽게 해결하는 방안을 검출하는 것이다.
집적 회로 내부 및, 특히, 전력 집적 회로(power integrated circuit; PIC) 또는 고전압 집적 회로(high voltage integrated circuit; HVIC) 내부의 소자들을 전기적으로 절연시키는데 유용한 방법은 소위 "접합 절연(junction isolation)'방안이 있다. 이 방안에 있어서, p형 확산부(diffusions)는 실리콘 기판 상부의 n형 에피택셜 층(epitaxial layer)내에 형성된 여러 소자를 격리시키는데 사용될 수 있다. 이러한 방안은 루메닉(Rumennik)에 의해 기술된 "IEEE Spectrum Vol.22. pp. 42-48, July 1985"의 문헌에 개시되어 있다.
이러한 소자들을 전기적으로 절연하는 또다른 방안은 소위 "유전체 절연( dielectric isolation)" 기법이다. 이 방안에 있어서, 이산화 실리콘과 같은 전기 절연 물질은 매우 다른전위에서 작동하는 소자와 같이 개개의 구성 요소들을 절연하는데 사용된다. 반도체가 실리콘이고 절연체가 이산화 실리콘(sillicon dioxide)(이하 "산화물(oxide)"이라 칭함)일 때 SOI 기법은 유전체 분리 방안중 하나의 예이다. 이 기법에서, 소자들은 대략 0.1 내지 10㎛ 두께의 실리콘 층내의 형성되고, 전형적으로 0.1-5㎛ 두께의 산화 실리콘과 같은 유전체층(dielectric layer)에 의해 실리콘 기판과 분리된다.
SOI 개시 물질을 생성하는 방안은 여러 가지로 알려져 있다. 이들 방안들중 하나인 "SIMOX" 방안에서는 산소 이온을 실리콘 웨이퍼에 이온 주입시켜서 산화 실리콘을 형성한다.
다른 방법으로, 다결정 실리콘층을 산화 피막된 실리콘 웨이퍼 위에 침착(deposit)시키고, 상기 다결정 실리콘을 레이저 또는 그라파이트 스트립 히터(graphite-strip heater)와 같은 전력원으로 조사하여 상기 다결정 실리콘을 단결정 실리콘 박막(monocrystalline silicon film)으로 변환시킴으로써 대역 용융 재결정화(zone-melt-recrystllized; Z MR) 물질을 마련(prepare)한다.
또다른 방법은 본딩(bonding) 및 에치백(etchback) 또는 직접본딩 방법이며, 이는 두 개의 산화 피막 실리콘 웨이퍼를 서로 결합시켜서 강하게 결속시키며 이들 웨어퍼들중 하나를 원하는 두께로 얇게 만드는 것이다.
그 외에에도, SOI 물질내에 형성된 소자들의 항복 전압을 개선시키는데 여러 가지 방법들이 제안되었다.
오프셋-게이트(offse-gats) SOI MOS 트랜지스터는 C.I. Drowley 등에 의해 기술된 "Mat, Res, Symp. Proc., Vol.33, p.133, 1984"의 문헌에 개시되어 있다. 이 문헌은 이 문헌에 기술된 구조를 이용해서 38V의 항복전압을 달성하는 것을 보여주고 있다.
특히, SIMOX 소자에 인가되는 항복 전압을 증대시키는 방안은 에스, 나까시마(S. Nakashima)에 의해 기술된 "Trnas. Electron Dev. ED-33, P.126, 1936"의 문헌에 개시되어 있다. 이 기법에 의하면, 조절가능하게 높은 항복 전압만이 달성되는데, 일반적으로는 대략 180V의 전압이 달성된다.
가와이(Kawal)의 일본출원 제63-63640호에는 오프셋 게이트 SOI MOS 트랜지스터의 드레인 하부에서 실리콘 기판내에 매립된 n형 확산 영역을 포함하는 구조가 개시되어 있다. 가와이의 특허출원에는 매립된 확산영역이 드레인 하부에서 연장하며 접점 윈도우가 절연층을 통해 제공되어서 정극성 전위가 상기 확산영역으로 전도되는 내용이 개시되어 있다.
가와이의 출원에는 정극성 전위를 n형 확산영역에 제공함으로써, 드레인 영역과 실리콘 기판간의 전위차가 감소될 수 있으며, 이로 인해 드레인 항복 전압이 증가되는 내용을 기술하고 있다.
가와이 출원에 기술된 것과 다소도 유사한 구조는 라트남(Ratnam)에 의해 기술된 "Electronics Letters, Vol. 25, p.538, 1989"의 문헌에 개시되어 있다. 이 문헌에 기술된 바와 같이, 확산 영역은 MOS 트랜지스터의 드레인 바로 아래에 위치된 실리콘 기판에 제공되지만, 이곳에서 단일 전압은 드레인과 확산영역에 인가된다.
본 발명에 따르면, 항복 전압은 상당히 개선된다.
전압 항복 특성은 가와이 출원과 라트남 문헌에 기술된 구조에 의해 만족스럽게 개선되지만, 이러한 기술에 있어서 SOI 집적 회로내에 존재하는 소자들의 전압 항복 특성을 개선시키기 위하여, 각각의 소자마다 절연 확산된 영역은 실리콘 기판내에 제공되어야 하고, 이러한 확산 영역은 상기 소자 바로 아래에 위치한 실리콘 기판에 제공되어야 한다. 그 결과, 이 기술에 따르면, 다수의 성분을 포함하는 집적 회로의 전압 항복 특성을 개선시키기 위하여, 각각의 성분마다 개개의 확산 영역을 제공하는 것이 필수적이다. 이것은 다수의 확산 영역을 제공하여 집적 회로의 제조 비용이 상당히 소요된다는 점에서 상업적으로 만족스럽지 못하다.
접점회로내에 제공된 각각의 구성 요소마다 확산 영역을 갖게됨으로써 야기되는 부가적인 문제는 확산 영역의 바이어스 접점이 구성 요소들과 근접하고, 각각의 확산 영역이 이웃하는 구성 요소의 소자 전위에 근접하게 된다는데 있다. 기판의 저항이 상당히 높으면, 생성된 공핍 영역은 공핍영역들을 접속함으로써 용이하게 펀칭(punch)되며, 이로 인해 모든 구성 요소들이 서로 접속된다.
따라서, 이러한 종래 기술의 방안은 상이한 전위로 동작시키도록 의도된 다수의 구성 요소들을 갖는 복잡한 집적 회로내에서 사용하거나 혹은 소스 폴로워 장치(source-follower devices)를 제조하는데 적합하지 않다.
본 발명의 목적은 고전압 용도에 특히 적합하며, 특히 개선된 전압 항복 특성을 나타내는 다수의 성분을 포함하는 SOI 집적 회로를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 제조 비용을 상당히 줄이는 향상된 집적 회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적들은 이하의 설명을 참조하면 명백하게 이해될 것이다.
본 출원인은 반도체 기판의 저항이 상당히 높고(대략 100Ω-cm를 초과한다). 상기 기판에서의 제2전도 형태의 확산 영역으로 인가된 전위가 적어도 집적 회로내 소정의 구성 요소에 인가된 전위만큼 높을 때, 결과의 공핍 영역는 기판을 따라서 가로방향으로 100 마이크로미터를 초과하는 거리까지 연장함을 알게 되었다. 그 결과, 본 출원인은 단일의 확산 영역이 100 마이크로미터를 초과하는 가로 거리에 걸쳐 하나 이상의 회로 구성 요소에 대한 전압 항복을 보호함을 알게 되었다.
따라서, 본 발명의 SOI 집적 회로 장치는 제1전도 형태의 약 100Ω-CM를 훨씬 초과하는 저항을 갖는 반도체 기판과, 상기 기판상에 제공되는 제1전도 형태와 상반된 제2전도 형태의 절연층과, 상기 절연층상에 제공되는 반도체 층과, 상기 반도체 층내에 제공되어 다수의 서브회로 부분을 형성하는 다수의 회로 소자와, 다른 회로 구성요소와 가로방향으로 분리되도록 상기 기판에 제공되고 배치된 상기 제1 전도 형태의 절연층과 상반된 제2전도 형태의 확산 영역과, 집적 회로 장치내의 소정의 서브회로의 최대 전위와 적어도 동일한 전압에서 상기 확산 영역을 유지시키는 수단을 포함한다.
또한, 본 발명은 향상된 전압 항복 특성을 나타내며 고전압 용도에 특히 적합한 반도체-온-절연체 회로 구조를 포함한다. 본 발명의 특성에 따르면, 이러한 향상된 구조는 100Ω-cm를 훨씬 초과하는 저항의 제1전도 형태의 반도체 기판과, 이 기판상에 제공되는 절연층과, 상기 절연층상에 제공되는 제2전도 형태의 반도체층과, 상기 기판내에 제공되고 회로의 다른 구성 요소와 가로방향으로 분리되며 소스 및 드레인 부분의 최대 전위와 적어도 동일한 전압에서 유지되는 확산 영역과, 고전압 상호접속부를 구성하는 금속 버스 라인과, 소스 플로워 모드(source-follower mode)에서 동작할 수 있는 절연 장치 또는 서브 회로 영역들을 포함한다.
본 출원인은 단일의 확산 영역이 100 마이크로미터를 초과하는 가로 거리에 걸쳐 하나 이상의 회로 구성 요소에 대해 전압 항복을 보호함을 알게 되었다.
대형 집적 회로의 경우 이러한 확산 영역은 다수의 제공될 수 있다. 이러한 확산 영역들은 고전압 구성 요소들이 위치하는 칩의 일부에 배치되고 수백 마이크로미터 범위내에서 상기 고전압 구성 요소들과 이격된다. 또한, 집적 회로의 전 범위를 포함하기 위하여 기판내의 공핍영역이 가로방향으로 연장하도록 금속 상호접속부가 제공될 수 있다.
바람직하게, 기판은 100Ω-cm 이상의 저항을 갖는 p형 실리콘으로 구성된 실리콘 기판이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 절연층은 산화 실리콘 층이다. 기판이 p형 실리콘 기판이고 절연층이 산화 실리콘층일 때, 산화 실리콘과 산화 실리콘 사이의 공유면에서 주로 제공되는 정극성의 계면 전하(positive interfacial charge)는 때때로 1cm를 초과하는 긴 거리에 걸쳐 공핍영역이 연장하는데 도움을 준다.
기판이 p형 실리콘 기판일 때, 확산된 영역은 n형 확산 영역이다. 그러나, 본 발명은 p형 확산 영역이 제공되는 n형 실리콘 기판에도 또한 적용가능하다.
실리콘 기판이 p형 실리콘 기판이고 절연층이 산화 실리콘일 때, 반도체층은 실질적으로 n형 단결정 실리콘층인 것이 바람직하다.
본 발명은 고전압 용도에 적합한 집적 회로에 특히 유용하다. 특히, 본 발명은 소스 폴로워 모드에서 동작할 수 있는 소자 또는 서브회로 영역을 가지는 회로 구조에서 유용하게 사용될 수 있음을 알게 되었다. 이러한 본 발명의 특성에 따르면, 이러한 향상된 구조는 제1전도 형태의 반도체 기판과, 이 기판상에 제공되는 절연층과, 상기 절연층상에 제공되는 제2전도 형태의 반도체층과, 상기 기판내에 제공되고 회로의 구성 요소와 가로방향으로 분리되며 소스 및 드레인 부분의 최대 전위와 적어도 동일한 전압에서 유지되는 상기 제1전도 형태와 상반된 제2전도 형태의 확산 영역을 포함한다. 이러한 소스 및 드레인 부분은 소스 플로워 모드에서 동작할 수 있는 분리된 장치 또는 서브회로 영역들의 일부이며 바람직하게 고전압 상호접속부는 금속 버스 라인에 의해 제공된다.
바람직하게, 상기 확산 영은 회로 소자와 접촉하지 않고 그 위에 놓이지 않도록 배치된다. 부가적으로, 확산 영역은 집적 회로 장치내의 소정의 서브회로의 최대 전위를 초과하는 전압으로 유지되는 것이 바람직하다.
도1에는 본 발명의 기본적인 기능이 도시어 있다. 도면에는 고전압 다이오드가 예시적으로 도시되어 있지만, 다른 고전압 소자도 본 발명에 적용될 수 있다.
기판(1)은 높은 저항(100Ω-cm 이상의 저항)을 갖는 p형 실리콘으로 구성된다. n 형 확산 영역(2)은 이하 상세히 기술된 바와 같이 기판(1)내에 형성된다. n형 확산 영역(2)과 접촉하는 산화물층(5, 7)사이에 제공된 SOI 층(3)의 집적 회로 부분은 산화물 트렌치(oxide trenches)(9)에 의해 나머지 부분의 집적 회로와 분리되어, N+ 접점(13) 금속 버스 (15)를 통해 전체 회로내의 최대 정극성 전위( 700V)까지 바이어스되는 n형 아이슬랜드(island)(11)가 형성되도록 하고, 기판(1)은 접지 전위로 유지되도록 한다. 공핍영역은 n형 공핍영역(2)으로부터 p형 기판( 1)을 통해 집적 회로의 다른 부분 아래의 산화물층(5)의 하부로 연장한다.
제1도에는 집적 회로내의 고전압구성 요소들간의 상호접속하는 영역(11, 16)이 도시되어 있다. n형 아이슬랜드(11)의 내부에는 그 에지둘레에 접지 전위(OV)에서 유지되는 p형 영역(17)이 존재한다. n형 확산 영역(2)은 700V로 유지되기 때문에, 아이슬랜드 하부의 p형 기판(1)의 공핍되는 것과 같이 전체 n형 아이슬랜드 (11)로 공핍된다. 따라서, 고전압 (700V)의 금속 버스(16)를 집적 회로 한 부분에서 다른부분으로 경로지정하는 것이 가능해진다.
제1도에서 영역(19)로 도시된 소위 소스 폴로워 동작장치에서, 집적 회로의 소스 폴로워 장치 또는 서브회로 부분은 확산된 n형 영역의 전위보다 낮은 소정의 전위에서 존재할 수 있다. n형 접점(21) 및 금속 버스(22)는 고전위(700V)에서 존재하는영역의 부분을 나타내며, p형 접점(23)은 높은 또는 낮은 전위(0∼700V)에서 존재할 수 있는 부분을 나타낸다. 아이슬랜드(3)와 인접한 일부분에 걸쳐 영역(19)으로부터 연장하는 금속 "필드 플레이트" (25)는 공핍영역이 아이슬랜드(11) 및 영역(19)을 통하여 뻗어나가는데 도움을 주므로, 영역(19)이 고전위에 있을 때 항복을 방지해 주게 된다.
도2는 고전압 상호접속부가 어떻게 연결되는 가를 도시하는 회로의 일부분을 평면도로서 도시한다. 이 실시예에서, 두 개가 직렬로 접속된 다이오드가 간결성을 기하기 위하여 사용되며, 실제 회로에서는 트랜지스터와 같은 다른 형태의 소자도 사용될 수있다. 700V의 버스 라인(15)은 n+영역(13)을 통하여 기판내에서 확산된 n형 영역(2)으로의(도1에서 횡단면으로 도시된 바와같은)접점을 형성하고 금속 패드(22)를 통하여 "소스 플로워" 모드에서 동작하는 제1다이오드의 n형 접점(21)에 연결된다. 주변의 p형 영역(23)은 소스 폴로워 다이오드의 주변부에 제공되지만, 고전압 버스(15)가 시작하는 부분에서는 생략되어 있다. p형 영역(23)은 또다른 금속 버스(26)에 의해 낮은 또는 높은 전위에서 존재할 수 있는 제2 다이오드 상의 n형 접점(27)에 연결된다.
도3는 소위 "브리지 구조"를 가지는 본 발명의 실시태양을 도시하는데, 여기에서 한 구성 요소는 고전위에서 동작하며 다른 구성 요소는 고 또는 저 전위에서 동작한다. 도3에서는 소스 플로워 브리지 회로를 가지는 집적 회로의 부분을 도시하며, 상기 소스 폴로워 브리지 회로는 두 개의 가로 방향으로 2중 확산된 금속-산화물-반도체 실리콘-온-절연체(lateral-double-diffused-metal-oxide-semiconduct or silicon-on-insulator : LDMOS-SOI) 트랜지스터를 포함한다.
도3에서, 영역(31)은 소스 폴로워 모드에서 동작하는 트랜지스터를 나타내며, 영역(32)은 소스가 접지된 구성에서 동작하는 트랜지스터를 나타내며, 영역(33)은 집적 회로내에서 최고 전압(본 실시예에서는 700V)에 접속된 기판내의 확산 영역을 가지고 있다.
도3에 도시된 구조의 제조 순서는 다음과 같다.
전술한 바와 같은 표준 기법, 예를 들어, 대역 용융 재결정 기법 또는 집적 본딩 기법중 하나를 이용하여 개시 SOI 층(34)을 기판(35)상에 형성한다. 기판은 100Ω-cm 이상의 저항을 갖는 p형 실리콘이 바람직하며, 매립된 산화 절연체(36)의 두께는 0.5 내지 5 마이크로미터인 것이 바람직하며, 상단의 SOI 층(34)은 0.5 내지 10 마이크로미터 두께의 10Ω-cm 이상의 저항을 갖는 n형 실리콘이 바람직하다.
SOI 층(34)은 아펠스(Appels)와 바스(Vaes)(IEDM Proc. 1979, p.238)의 논문에 기술된 바와 같이, 최적한 항복 전압에 필요한 적절한 저항을 구하기 위하여 (표준 600 옹스트롱 스크린 산화물을 통해)인의 이온으로 주입된다. 이 경우, 50KeV에서 0.5-2×1012/㎠의 양을 이온 주입한 후, 1150℃에서 대략 6 시간동안 확산한다.
트렌치 절연 영역(37)은 다음과 같이 형성된다. 3000옹스트롱의 질화 실리콘층(도시되지 않음)을 표준 화학 진공 증착법(standard chemical vapor deposition)에 의해, SOI 층(34)의 표면의 표준 600 옹스트롱 패드 산화물(도시되지 않음)에 걸쳐 침착시킨다. 이어서, 7000 옹스트롱의 이산화 실리콘층(도시되지 않음)을 표준 화학 진공 증착법으로 상기 질화 실리콘층상에서 침착시킨다. 포토레지스터 마스크층(photoresist mask layer)(도시되지 않음)을 사용하여 트렌치를 형성시키고자 하는 영역을 선택적으로 노광(expose)한다. 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 및 패드 산화물 층을 각기 반응 이온 에칭에 의해(마스크되지 않은 영역에서)제거한다. 포토레지스터 마스크를 제거한 후, 침착시킨 이산화 실리콘층을 마스크로서 이용하여(반응이온 에칭에 의해) SOI 층(34)의 전체 두께를 에칭시킨다. 이로 인해, 1-2㎛폭의 트렌치가 SOI 층에 걸쳐서 남게 된다. 그후, 1-2㎛의 이산화 실리콘을 대략 1000℃의 온도로 침착시켜서 트레치를 채운다. 그러면, 이산화 실리콘층과 질화 실리콘층을 평탄화시키는 에칭 공정이 종료된다.
매립된 확산 영역(41)은 다음과 같이 형성된다. 질화 실리콘층(1400 옹스트롱)(도시되지 않음)과, 폴리 실리콘(3500 옹스트롱)과, 이산화 실리콘(7000 옹스트롱)을 제각기 표준화학 진공 증착법에 의해 침착시킨다.
매립된 확산 영역이 형성될 트렌치의 영역은 포토레지스트 마스크층(도시되지 않음)에서 정의된다. 그후, 반응 이온 에칭으로 이산화 실리콘 층과, 폴리 실리콘층과, 질화 실리콘층을 제각기 제거한다. 이어서, 포토레지스트층을 벗겨내고 SOI 층(34)과 매립된 이산화 실리콘층(36)을 상단의 이산화 실리콘층(39)을 마스크로서 이용하여 반응 이온 에칭으로 제거한다. 그 결과, 트랜치가 형성된다. 600 옹스트롱 스크린 산화물을 트렌치의 하부와 벽부에서 성장시킨다. 그후, 100 KeV에서 4×1015/㎠양의 인을 주입한다. 그러면, 각각의 트렌치마다 매립된 N 층이 제각기 형성된다. 연속하여 매립된 N 층(41)은 나중에 P 몸체 영역(4)이 확산될 때 형성된다. 이어서, 트렌치의 하부와 측벽부에서의 스크린 산화물을 제거한 다음, 30Ω/스퀘어의 판저항으로 제위치에 도포된 2㎛의 폴리 실리콘을 침착하여, 매립된 N 층(41)에 대한 N+ 접점(43)을 형성시킨다. 그러면, 폴리 실리콘층과 질화 실리콘층을 평탄하게 에칭하는 공정이 종료된다.
폴리 실리콘 게이트 영역(45)은 다음과 같이 형성된다. 상기 단계에서 사용된 패드 산화물을 벗겨내고 600 옹스트롱의 게이트 산화물(47)을 성장(grow)시킨다. 이어서, 5000 옹스트롱의 폴리 실리콘을 침착하고 게이트 영역을 포토레지스트 마스크(도시되지 않음)로 마스크한다. 그후, 마스크되지 않은 폴리 실리콘 영역을 반응 이온 에칭으로 제거한다. 그후, 포토레지스트를 제거한다.
P 몸체영역(49)은 다음과 같이 형성된다. 포토레지스트 마스크(도시되지 않음)를 이용하여 (4.4×1013/㎠의 양과 80KeV의 에너지)로 붕소 이온을 영역(49)내에 주입한다. 포토레지스트 마스크는 주입 이온이 폴리 실리콘 게이트(49)에 자체 정렬되도록 한다. 포토레지스트를 벗겨낸 후, 웨이퍼를 1100℃에서 대략 20 시간동안 어닐링(anneal)한다. 이로 인해, P 몸체영역(49)이 대략 5㎛의 깊이(즉, SOI 층(34)의 두께)로 형성된다.
확산 영역은 약 3.5㎛로 가로방향으로 확장하며, 이로 인해 채널영역(51)이 형성된다. 또한, 여러개의 매립된 N층이 확산하여 하나의 연속적인 N 매립층(41)을 형성한다.
N+소스(53)와 드레인(55)은 다음과 같이 형성된다. 포토레지스트 마스크(도시되지 않음)를 이용하여 소스(53)와 드레인(55) 영역 및 상단의 N 매립층(38)내에 (7.5×1015/㎠의 양과 190KeV 에너지로) 비소 이온을 주입한다. 포토레지스트 마스크를 벗겨낸 후, 웨이퍼를 950℃에서 대략 1시간동안 어닐링한다. 이것은 300 옹스트롱의 이산화 실리콘(도시되지 않음)이 폴리 실리콘 게이트(45)상에 성장시켜 이를 절연하는 방식으로 수행된다.
포토레지스트 마스크(도시되지 않음)를 이용하여, (4.0×1015/㎠양과 40KeV에너지로) 붕소를 영역(57)내에 이온 주입시켜, P+ 영역(57)을 형성시킨 후, 포토레지스트 마스크를 벗겨낸다.
소스(53)를 형성하는 알루미늄 접점(59)과, 게이트(45)를 형성하는 알루미늄 접점(61)과, 드레인(55)을 형성하는 알루미늄 접점(63)과, 매립된 확산층(41)에 대한 N+ 접점(43)을 형성하는 알루미늄 접점(63)은 다음과 같이 형성된다. 1.3㎛의 이산화 실리콘(8%의 인)을 웨이퍼 상에 침착시킨다.
이어서, 이 층을 포토레지스트 마스크로 마스크하여, 알루미늄 접점을 형성시키고자 하는 영역들만을 노광한다. 반응 이온 에칭으로 이산화 실리콘을 제거하고, 포토레지스트 마스크를 벗겨낸다. 웨이퍼를 대략 1000℃에서 30분동안 어닐링하여 에칭된 이산화 실리콘층을 유연하게 함으로써 알루미늄 접점을 이용하여 보다 양호하게 형성시킨다. 접점영역으로부터 잔여의 이산화 실리콘을 에칭한 후, 1.2㎛의 (1% 실리콘, 25Ω스퀘어)알루미늄층을 침착시킨다. 그후, 포토레지스트 마스크를 이용하여 알루미늄을 제거시킬 영역을 선택적으로 노광한다. 그 다음에, 알루미늄을 반응 이온 에칭하여, 도시된 바와 같이 소스, 게이트, 드레인 등의 접점을 제각기 형성한다. 그후, 포토레지스트 마스크를 벗겨낸 후, 웨이퍼를 407℃에서 30분동안 어닐링한다.
마지막 단계는 반도체 장치를 보호하기 위해 1.2㎛의 이산화 실리콘(6%의 인)층(도시되지 않음)을 침착시키는 단계를 포함한다. 외부와 전기적으로 접속하기 위해 사용되는 패드 영역(도시되지 않음)을 포토레지스트 마스크를 이용하여 패턴화한 다음 화학 습식 에칭(wet chemical etching)으로 에칭시킨다.
도4 및 도5는 도3에 도시된 브리지 회로를 구성하는 장치를 컴퓨터 시뮬레이션하여 형성시킨 동전위 윤곽 맵을 도시하는 것으로, 이 경우, 소스 폴루워 트랜지스터 확산 영역의 드레인으로 인가되는 전압은 700V이다.
도4는 공통 소스 구성으로 동작하는 장치에 대한 맵을 도시한 것이고, 도5는 소스 폴로워 구성으로 동작하는 장치에 대한 맵을 도시한 것이다. 이들 두 경우에 있어서, 계산된 항복 전압은 700볼트를 초과하고 전위 윤곽은 균일하게 이격되며, 이것은 최대로 가능한 항복 전압을 실현하는데 필요한 전계가 균일한 것임을 나타낸다.
본 실시예는 LDMOS 트랜지스터에 관해 기술되었지만, 본 발명의 방안은 다이오드 및 절연 게이트 2극 트랜지스터와 같은 다른 유전체적으로 분리된 소자들을 포함하는 고전압 집적 회로에도 용이하게 적용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 소자들의 절연은 절연 트렌치를 사용함으로써 용이하게 달성될 수 있다.
일반적으로, 매립된 단일 확산 영역만이 존재하여도 집적 회로의 전압 항복 특성을 개선시키는데 충분하다.

Claims (10)

  1. 개선된 전압 항복 특성(improved voltage breakdown properties)을 나타내며, 고전압 용도에 특히 적합한 직접 회로 장치에 있어서, 도1 형태(a first condu ctivity type)의 적어도 약 1000Ω-cm의 저항을 갖는 반도체 기판(a semiconductor substrate)과; 상기 기판상에 제공되는 절연층(an insulating layer)과; 상기 반도체 층내에 제공되어 서브회로 부분(parts of subcircuits)을 형성하는 다수의 가로방향으로 분리된 회로 소자(a plurality of laterally separated circuit elem ents)와; 상기 기판내에 제공되고 가로방향으로 상기 회로 요소와 분리되고 상기 제1전도 형태와 상반된 제2전도 형태(a second conductivity type)의 확산 영역(a diffusion area)과; 상기 집적 회로 장치내의 소정의 서브 회로의 최대 전위와 적어도 동일한 전압에서 상기 확산 영역을 접촉시키고 유지시키는 수단을 포함하는 집적 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서, 다수의 회로 구성 요소에 대해 단일의 확산 영역(a single diffusion area)을 제공하는 집적 회로 장치.
  3. 개선된 전압 항복 특성을 나타내고, 고전압 용도에 특히 적합한 집적 회로 장치에 있어서, 제1전도 형태의 비교적 높은 저항을 갖는 반도체 기판과; 상기 기판상에 제공되는 절연층과; 상기 절연층상에 제공되고 상기 제1전도 형태와 상반된 제2전도 형태의 반도체 층과; 상기 반도체 층내에 제공되어 서브회로 부분을 형성하는 다수의 회로 소자와; 상기 반도체층내에 제공되고, 가로방향으로 상기 회로 소자의 분리되고, 상기 회로 소자위에 놓여 있지 않은 제2전도 형태의 확산 영역과; 상기 집적 회로 장치내의 소정의 서브회로의 최대 전위와 적어도 동일한 전압에 상기 확산 영역을 유지시키는 수단을 포함하는 접적회로 장치.
  4. 개선된 전압 항복 특성을 나타내는 반도체-온-절연체 가로 방향 MOS 트랜지스터 소스 폴로워 브리지 구조(a semiconductor-on-insulator lateral MOS transis tor source-follower bridge structure)를 가지며, 고전압 용도에 특히 적합한 접적 회로 장치에 있어서, 제1전도 형태의 반도체 기판과; 상기 기판상에 제공되는 절연층과; 상기 절연층상에 제공되는 반도체 층과; 상기 반도체층내에 제공되는 상기 트랜지스터의 드레인(drain), 게이트(gate), 소스(source) 및 상호 접속 부분( interconnect portions)들과; 상기 기판내에 제공되고, 상기 제1전도 형태와 상반된 제2전도 형태를 가지며, 상기 드레인, 게이트 및 소스 부분들과 가로 방향으로 분리되는 확산 영역과; 상기 드레인 또는 소스 부분들의 최대 전위와 적어도 동일한 전압에서 상기 확산 영역을 유지시키는 수단을 포함하는 집적 회로 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 p형 실리콘 기판이고, 상기 절연층은 산화 실리콘 층이고, 상기 반도체 층은 실질적으로 n형의 단결정 실리콘층(n-type monocrystalline silicon layer)인 집적 회로 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 기판은 p형 실리콘 기판이고, 상기 절연층은 산화 실리콘 층이고, 상기 반도체 층은 실질적으로 n형의 단결정 실리콘층인 집적 회로 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 기판은 p형 실리콘 기판이고, 상기 절연층은 산화 실리콘 층이고, 상기 반도체 층은 실질적으로 n형의 단결정 실리콘층인 집적 회로 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 집적 회로 장치내의 소정의 서브 회로의 최대 전위보다 높은 전압에서 유지되는 집적 회로 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 집적 회로 장치내의 소정의 서브 회로의 최대 전위보다 높은 전압에서 유지되는 집적 회로 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 집적 회로 장치내의 소정의 서브 회로의 최대 전위보다 높은 전압에서 유지되는 집적 회로 장치.
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