JPH0621368A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH0621368A
JPH0621368A JP4172248A JP17224892A JPH0621368A JP H0621368 A JPH0621368 A JP H0621368A JP 4172248 A JP4172248 A JP 4172248A JP 17224892 A JP17224892 A JP 17224892A JP H0621368 A JPH0621368 A JP H0621368A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高温度拡散工程を長時間行うことによる初期パ
ターンの大きな変化を回避して、設計自由度の高いデバ
イスの構造およびプロセスの低温・簡略化を実現する。 【構成】半導体基板上に同時に集積形成している高耐圧
素子と低耐圧素子を有し、高耐圧素子と低耐圧素子間の
底面側がpn接合分離構造により、側面側が誘電体分離
構造により電気的に分離されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高耐圧素子と低耐圧素
子とを集積形成してなる半導体装置およびその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】低耐圧素子からなる制御回路と基板表面
から裏面に電流経路を持つ高耐圧素子をモノリシックに
集積化したパワーデバイス構造は、高耐圧素子の電流容
量を大きくできるために大電流制御用デバイスとして注
目されている。このデバイスでは低耐圧素子と高耐圧素
子の間の絶縁が重要であり、従来からpn接合分離ある
いは誘電体分離等の素子分離技術がよく知られている。
しかし、誘電体分離構造は、確実に電気的分離を行うこ
とができる反面、基板表面から裏面に電流経路をもつ高
耐圧素子を作製することが困難であるという問題がある
ために、誘電体分離構造は従来から電流が基板の横方向
に流れる比較的に小電流の高耐圧デバイスに用いられて
きた。一方、pn接合分離構造を用いると電流を基板に
垂直に流す大電流の高耐圧素子構造の作製が可能であ
る。以下にこのpn接合分離を用いたモノリシック高耐
圧回路素子構造の説明を行い、続いてこの欠点を述べ
る。
【0003】pn接合分離構造を用いて高耐圧回路とC
MOS低耐圧回路を集積形成した従来構造を図4に示
す。このような構造は例えば特公平3−65025号公
報に記載されている。まず高耐圧回路を説明を行う。4
3はN+ ドレイン低抵抗領域、44はN- ドレイン高抵
抗領域、48はPボディ、49はN+ ソース電極、47
はゲート電極である。
【0004】次にMOS低耐圧回路の説明を行う。50
はCMOSトランジスタが形成されるN- 領域、51は
Pウェル、53aおよび53bはPウェル内部に形成さ
れるNチャンネル型MOSFETのN+ ソースおよびN
+ ドレイン、52はNチャンネルFETのゲート電極で
ある。また、55aおよび55bはPチャンネル型MO
SFETのP+ ソースおよびP+ ドレイン、54はこの
PチャンネルFETのゲート電極である。一方、45お
よび46は、CMOS低電圧回路とMOSFET高耐圧
回路をpn接合分離構造により電気的に分離するための
P領域およびP+ 領域である。このようにpn接合分離
構造を用いることにより、基板表面から裏面に電流が流
れる高耐圧回路素子とこの制御を行う低耐圧回路素子を
同一基板上に集積形成することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した構造の作
製は、まずN+ 基板43にボロンを拡散してP領域45
を形成した後、シリコンをエピタキシャル成長させN-
領域44および50の形成を行い、続いて44および5
0の表面から43の方向にボロンを深く拡散することを
行うことによってP領域45に接続したP+ 領域46の
形成が行われる。この際、N- 領域44および50の厚
さが10μm程度のときには1100℃の高温度下で5
時間程度の拡散を行うことによりP+ 領域46とP領域
45が接続した構造が得られるが、もしN- 領域44お
よび50の厚さが30μmであるときには、40時間以
上の長い拡散時間が必要とされるという問題があった。
さらに、このような深い拡散では、拡散時間の長さの問
題に加えて、P+ 領域46がN- 領域44および50の
内部で基板の横方向に広がるという問題が生じた。この
結果、高耐圧素子41および低耐圧素子42が形成され
るN- 領域44および50の面積が縮小されるために、
半導体装置の集積密度の向上の阻害が生じた。さらに、
P領域45が長い拡散時間により44および50の基板
中に拡散するために、44および50の厚さが薄くなる
という問題も生じた。このため、所望のN- 領域44お
よび50の深さを最終的に得るためには、拡散の前のN
- 領域の厚さをかなり厚く作製しておくことが要求され
た。これにより、44および50の基板作製のためのエ
ピタキシャル成長時間がかなり長くなることに加えて、
46を45に接続させる拡散時間がさらに長くなるとい
う深刻なジレンマが起こった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では以上の従来技
術の問題を解決するために、半導体基板上に高耐圧素子
と低耐圧素子とを同時に集積形成してなる半導体装置に
おいて、低耐圧素子と高耐圧素子間の底面側をpn接合
分離構造とし、その側面側を誘電体分離構造としたこと
を特徴とする半導体装置が得られる。
【0007】また、本発明の構造を製造する方法とし
て、半導体基板の一部領域に当該基板と異なる型の不純
物層からなる絶縁層領域を形成し、続いて当該基板上に
基板と同じ型の不純物を含むシリコン層をエピタキシャ
ル成長させた後、エピタキシャルシリコン層を当該絶縁
層に達するまでエッチングした溝を設けることにより、
低耐圧素子形成のためのシリコン領域と高耐圧素子形成
のためのシリコン領域とを分離したことを特徴とする導
体基板上の製造方法、および、基板と異なる型の不純物
層からなる絶縁層を設けた一方の半導体基板と、エッチ
ング溝により作製された島状のシリコン領域の少なくと
も一部に先の絶縁層と異なる型の不純物層領域が設けら
れた、当該半導体基板と同じ型の他方の半導体基板とを
互いに張り合わせた後、他方の半導体基板に設けた不純
物を当該絶縁層の中を貫通するまで拡散させたことを特
徴とする半導体装置の製造方法とが得られる。
【0008】本発明の半導体装置の構造では、低耐圧素
子と高耐圧素子との電気的分離を二通りの方法を用いて
行う。すなわち、pn接合分離により低耐圧素子と高耐
圧素子の上下方向の間の分離を行い、誘電体分離により
低耐圧素子と高耐圧素子の横方向の間の分離が行われ
る。上下方向にpn接合分離を設けて電気的に分離する
ことにより、基板表面から裏面方向に電流が流れる大電
流用の高耐圧素子の形成が実現できる。また、横方向の
電気的分離のために設けられた誘電体分離は、低温下で
作製できるために従来例で必要とされた深い拡散工程を
必要としない。この結果、半導体装置の製造が容易にな
るとともに、PおよびP+ 領域の上下および横方向拡散
が無くなるためにデバイスの高密度化が実現できるとい
う著しい効果が生じる。
【0009】
【実施例】以下に実施例を用いて本発明の構造および製
造方法の説明を行う。図1は本発明の一実施例を示す図
である。同図において図4の構成要素と同じ番号をもつ
ものは同じ構成要素を表すものであり、ここではこれら
の説明を省略する。
【0010】図1の実施例に示された高耐圧素子41お
よび低耐圧素子42の間はP絶縁層11を用いたpn接
合分離により上下方向が電気的に分離されている。また
溝23を用いた誘電体分離によって横方向の電気的な分
離が行われる。この溝23は、酸化膜等の絶縁膜1およ
びポリシリコン等の埋め込み層2によって内部が充填さ
れているために、機械的にも強固となっている。高耐圧
素子41はP絶縁層11が設けられていない領域を通し
て大きな電流を流すことができる。また、低耐圧素子4
2はP絶縁層11(pn接合分離)と溝23(誘電体分
離)によって高耐圧素子42と電気的に分離されてい
る。
【0011】図2に図1の実施例を製造する方法の一実
施例を示す。まず、高耐圧素子のドレインとなるN+
リコン基板43の裏面に目合わせ用のマーク21を設け
る。この目合わせマーク21は、図2の例ではシリコン
基板43にアルカリエッチング液によってV溝を作製し
た例を示した。この他に不純物の拡散等によっても目合
せマークを形成することが可能である。続いて、21の
マークに目合わせを行いながら、目合わせマーク21が
形成された主面と反対の面にP絶縁層11を形成する
(図2(a))。この際、将来高耐圧素子が形成される
領域にはこの領域を保護膜で覆うことによりP絶縁層が
設けられないようにする。このように作製した基板の上
に、シリコン基板43と同じ型の不純物を含むシリコン
膜をエピタキシャル成長させる。目合わせマーク21に
目合わせを行った後、エピタキシャル成長シリコン膜2
2に溝23の底面がP絶縁膜にするまで深くエッチング
を行なう(図2(b))。このエッチングには、KO
H,EDP,ヒドラジン等の異方性エッチング液を用い
ることができる。また、反応性イオンエッチング(RI
E)等の異方性ドライエッチング装置によっても溝23
を形成することができる。この溝23の側面に酸化膜、
窒化膜等によって絶縁膜1を設けた後、ポリシリコンを
堆積して溝を埋め込む。最後に、ポリシリコン膜を研磨
してエピタキシャルシリコン膜22の面が現われるよう
にする(図2(C))。この後は、通常のMOSあるい
はバイポーラプロセスを用いることにより、図1の構造
を製造することができる。
【0012】本発明の構造を製造する他の一実施例を図
3に示す。この製造方法では2枚のシリコン基板を使用
する。まず一方のシリコン基板31を先に述べたように
して絶縁膜1およびポリシリコン2によって埋め込まれ
たV溝を作製する(図3(a))。続いてV溝が設けら
れた主面上に拡散層32をイオン注入あるいは拡散によ
って作製する(図3(b))。この拡散層32はシリコ
ン基板31と同じ型の不純物を含んでいる。もう一方の
シリコン基板43の一方の主面に43と異なる不純物を
含む拡散層33を形成する。なお43と31のシリコン
基板は同じ型の不純物を含んだものである。この二つの
シリコン基板43と31を絶縁層33とV溝が形成され
た面とを向かい合わせて接着する(図3(c))。この
シリコン基板の接着にはシリコン直接接合の技術を使用
することができる。このようにして張り合わせたシリコ
ン基板を電気炉の中に置くことにより、拡散層32を絶
縁層33の中に拡散させる。この拡散は拡散層32の底
面がシリコン基板43に達するまで行なうことが必要で
ある。この結果、拡散層32は図3(d)に示すように
ドレイン貫通層34となって、二つのシリコン基板の間
に電流を流すことができるようになる。この後、シリコ
ン基板31を研磨してV溝の底面が現われるようにする
(図3(d))。このようにして、高耐圧素子が形成さ
れる領域44と低耐圧素子50が形成される領域の電気
的な分離を作製することが可能となった。
【0013】図3に示した実施例では拡散層32を絶縁
層33の中に拡散するために高温の処理が必要である。
しかし、この拡散の深さは、従来例と比べてはるかに浅
いものであるために、必要とされる拡散時間が短い。
【0014】一方、図2の発明と比較して、絶縁層33
のパターニングが不要であること、裏面の目合わせマー
クが入らないこと等のために、作製のプロセスが簡略化
される等の特徴がある。
【0015】なお、上記の本発明の例ではシリコン基板
および回路が形成される基板をN型、絶縁層をP型とし
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。すなわち、絶縁層がN型、シリコン基板および回路
形成基板がP型であっても本発明は有効である。また、
V溝を本実施例で示したように埋め込む必要もなく、内
部が中空の構造も本発明に含まれる。
【0016】
【発明の効果】本発明により、高耐圧素子と低耐圧素子
が電気的に分離された集積回路を製造することが可能と
なった。高耐圧素子は電流を基板に垂直に流すことがで
きるために、大きな電流の制御が必要である。また、低
耐圧素子と高耐圧素子は横方向が誘電体によって分離さ
れているために、従来のpn接合分離に比べて寄生容量
が小さく優れた電気特性を示した。この結果、消費電力
の低減化と高速化が実現できた。さらに、従来例のよう
に、長時間の拡散工程を必要としないことから分離層の
横方向の拡散が抑えられるため、素子の寸法を小さくす
ることができた。
【0017】この結果、集積回路の高密度化の向上が実
現できた。一方、本発明の製造方法では、従来例の長時
間の高温度工程を除去することができる。これは、プロ
セスを著しく簡略化することに役だった。特に、従来例
で問題であった、拡散プロファイルの大きな変動を低く
抑えることができたために、デバイスの設計が著しく単
純となったことは本発明の大きな効果である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構造を示す図。
【図2】本発明の構造を製造する一実施例を示す図。
【図3】本発明の構造を製造する他の実施例を示す図。
【図4】従来技術の構造を示す図。
【符号の説明】
1 絶縁膜 2 埋め込み層 11 P絶縁層 21 目合わせマーク 22 N- シリコン回路領域 23 溝 31 N- 基板 32 拡散層 33 絶縁層 34 ドレイン貫通層 41 高耐圧素子 42 低耐圧素子 43 N+ ドレイン低抵抗領域 44,50 N- ドレイン高抵抗領域 45 P絶縁層 46 P+ 絶縁層 47,52,54 ゲート 48 Pボディ 49 N+ ソース電極 51 Pウェル 53a,55a ソース 53b,55b ドレイン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に高耐圧素子と低耐圧素子
    とを同時に集積形成してなる半導体装置において、低耐
    圧素子と高耐圧素子間の底面側をpn接合分離構造と
    し、側面側を誘電体分離構造としたことを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の一部領域に当該基板と異な
    る型の不純物層からなる絶縁層領域を形成し、続いて当
    該基板上に基板と同じ型の不純物を含むシリコン層をエ
    ピタキシャル成長させた後、エピタキシャルシリコン層
    中に当該絶縁層に達するエッチング溝を設けることによ
    り低耐圧素子形成のためのシリコン領域を高耐圧素子形
    成のためのシリコン領域から分離したことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 基板と異なる型の不純物層からなる絶縁
    層を設けた一方の半導体基板と、エッチング溝により作
    製された島状のシリコン領域の少なくとも一部に先の絶
    縁層と異なる型の不純物層領域が設けられた当該半導体
    基板と同じ型の他方の半導体基板とを互いに張り合わせ
    た後、他方の半導体基板に設けた不純物を拡散させて当
    該絶縁層の中を貫通させたことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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