JP3116609B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に関し、特に高耐圧素子を有する半導体装置お
よびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、大電流パワー素子と制御回路素子
とをモノシリックに集積した複合半導体素子では、電流
効率を向上させるためパワー素子、例えばパワーMOS
FETでは、制御回路素子と同一基板表面上にソース電
極及びゲート電極を形成し、その基板の反対面にドレイ
ン電極を形成した構造となっていた。従って、このパワ
ー素子と制御回路素子は素子分離領域により分離する必
要がある。
【0003】この従来のパワー素子形成の基板の製造方
法を図5を用いて説明する。この例は、例えばアイイー
イーイー パワー エレクトロニクス スペシヤリスト
コンファレンス 88 レコード(IEEE POW
ER ELECTRONICS SPECIALIST
CONFERENCE 88 RECORD)エイプ
リル(APRIL) 1988 P1325〜P132
9に、または特開平2−168646号公報に記載され
ている。
【0004】まず、N+ 型シリコン基板21の全面にN
- 型の第1のエピタキシャル層22Aを形成する。次
に、N- 型シリコン基板23の表面上に酸化シリコン膜
24を形成したのち、その上に前記第1エピタキシャル
層22Aを接着する。次でN-型シリコン基板23の裏
面を研磨し所定の厚さとする。
【0005】次に、パワー素子形成領域30のシリコン
基板23と酸化シリコン膜24とをエッチングして除去
したのち、この部分にN- 型の第2エピタキシャル層2
2Bを埋込む。
【0006】次に、酸化シリコン膜24上のN- 型シリ
コン基板23に、フォトレジスト膜をマスクとした異方
性エッチングによりV字溝を形成したのち、熱酸化して
酸化シリコン膜7Aを形成する。次で、全面に充填層8
Aとして窒化シリコン膜とBPSG膜の積層膜を形成し
たのち研磨して基板表面の酸化シリコン膜7Aを露出さ
せる。次にウエットエッチング法によりこの酸化シリコ
ン膜をエッチングし、N- 型シリコン基板23及び第2
エピタキシャル層22Bの表面を露出させる。
【0007】以下このように酸化シリコン膜24と充填
層8Aにより分離された島状の単結晶シリコン領域にパ
ワー素子及びNPNトランジスタやCMOSFET等か
らなる制御回路素子を形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の製造方法では、パワー素子形成領域をエピタキシャル
層の成長により形成するための、酸化シリコン膜24と
第2エピタキシャル層22Bの界面Aにおいて多結晶シ
リコンの異常成長が起こる。このためパワー素子形成領
域の単結晶エピタキシャル層が歪み、転位等の結晶欠陥
が発生し半導体装置の歩留り及び信頼性が低下するとい
う問題点がある。またエピタキシャル層の成長は半導体
装置のコストを上昇させるという問題もある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、高抵抗の第1導電型第1シリコン基板の制御
回路素子形成領域に溝を形成する工程と、前記溝の底面
部に開口を有するマスク膜を形成する工程と、前記溝の
底面部に選択的に絶縁膜を形成する工程と、少なくとも
前記絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成して前記溝を埋
めた後研磨し前記多結晶シリコン膜及びパワー素子形成
領域の前記第1シリコン基板の表面のみを露出させる工
程と、低抵抗の第1導電型第2シリコン基板上に高抵抗
の第1導電型エピタキシャル層を形成する工程と、前記
エピタキシャル層の表面に研磨された前記多結晶シリコ
ン膜と前記第1シリコン基板の表面とを圧着し熱処理し
て接合する工程と、前記接合後に前記絶縁膜上の前記第
1シリコン基板に素子分離領域を形成する工程とを含む
ことを特徴とする。
【0010】更に別の本発明の半導体装置の製造方法
は、前記マスク膜がシリコン窒化膜であることを特徴と
する。
【0011】更に別の本発明の半導体装置の製造方法
は、前記素子分離領域は前記絶縁膜上の前記第1シリコ
ン基板に前記多結晶シリコン膜から離間して設けられる
ことを特徴とする。
【0012】
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1(a)〜(d)は本発明の第1の実施
例を説明するための半導体チップの断面図である。
【0014】まず、図1(a)に示すように、不純物と
してリンを含み比抵抗が10〜30Ω・cm(高抵抗)
のN- 型の第1シリコン基板1を用意する。P- 型のシ
リコン基板を用いる場合はホウ素を不純物として導入し
同様の比抵抗とする。次でこの第1シリコン基板1の制
御回路素子形成領域31をエッチングして溝を設けたの
ち、H2 +O2 ガスを用い950℃で厚さ0.02μm
の酸化シリコン膜2を全面に形成し、その上にSiCl
2 H2 +NH3 を原料ガスとし、700〜800℃で厚
さ0.2μm程の窒化シリコン膜3を堆積する。
【0015】次に、制御回路素子形成領域31の酸化シ
リコ膜2と窒化シリコン膜3をウェットエッチングによ
り除去し、残った窒化シリコン膜3をマスクとして選択
酸化して厚さ1μmの酸化シリコン膜4を形成する。
【0016】次に図1(b)に示すように、残された窒
化シリコン膜3及び酸化シリコン膜2をウェットエッチ
ングにより除去したのち、SiH2 Cl2 +H2 を原料
ガスとして600℃程度で反応させ全面に多結晶シリコ
ン膜5を堆積する。
【0017】次に図1(c)に示すように、堆積した多
結晶シリコン膜5の一部を鏡面研磨し、パワー素子形成
領域30の第1シリコン基板1を露出させる。
【0018】次に図1(d)に示すように、不純物とし
てアンチモンを含む比抵抗が10-3〜2×10-1Ω・c
m(低抵抗)のN+ 型の第2シリコン基板11を用意す
る。P+ 型基板の場合はホウ素を不純物として用いる。
次に、この第2シリコン基板11の上にN- 型エピタキ
シャル層12を約40μmの厚さに形成する。この膜厚
はパワー素子の設定耐圧により決める。エピタキシャル
成長の条件は、例えばSiH2 Cl2 +H2 +PH3
原料ガスとし、1100℃100Torr程度とする。
【0019】次にこのN- 型エピタキシャル層12の表
面に、第1シリコン基板1の研磨面を接着し、N2 雰囲
気で100℃2時間の熱処理を行ない接着面13におけ
る接着強度を強固なものとする。
【0020】次にこのように接着された第1シリコン基
板1の裏面の制御回路素子形成領域31に、気相拡散法
又はイオン注入法により高濃度のホウ素を導入し、素子
分離領域となるN+ 型拡散層6を形成する。
【0021】以下従来と同様の工程により、第1シリコ
ン基板1の制御回路素子形成領域31にCMOSFET
等からなる制御回路素子を、そしてパワー素子形成領域
30にMOSFET等のパワー素子を形成する。
【0022】このように第1の実施例では、パワー素子
形成領域も第1シリコン基板1で構成しているため、従
来のようにパワー素子形成用のエピタキシャル層の形成
が不要になる。このため、酸化シリコン膜との界面にお
いて多結晶シリコンの異常成長による結晶欠陥の発生も
なくなる。
【0023】図2は本発明の第2の実施例の断面図であ
る。この第2の実施例は酸化シリコン膜4上の第1シリ
コン基板1の素子分離をV字溝で行ったものであり、そ
れ以外は図1(d)と同一である。すなわち、第1シリ
コン基板1の裏面に異方性エッチングによりV字溝を形
成し、表面に酸化シリコン膜7Aを形成し、V字溝に窒
化シリコン膜とBPSG膜からなる充填層8Aを形成す
る。
【0024】図3は本発明の第3の実施例の断面図であ
る。この第3の実施例は素子分離をU字溝で行ったもの
であり、それ以外は図1(d)と同一である。U字溝
は、酸化シリコン膜7Bと窒化シリコン膜とBPSG膜
からなる充填層8Bで埋めてある。
【0025】図4(a)〜(d)は本発明の第4の実施
例を説明するための半導体チップの断面図である。
【0026】まず図4(a)に示すように、第1の実施
例と同様に比抵抗が10〜30Ω・cmのN- 型の第1
シリコン基板1Aの制御回路素子形成領域31に溝を形
成する。次で全面に熱酸化により厚さ約1μmの酸化シ
リコン膜4Aを形成する。
【0027】次に図4(b)に示すように、この酸化シ
リコン膜4Aを研磨し、パワー素子形成領域30のシリ
コン基板1Aの表面を露出させ、鏡面とする。
【0028】次に図4(c)に示すように、別に低抵抗
のN+ 型の第2シリコン基板11Aを用意し、この表面
にN- 型エピタキシャル層12Aを約40μmの厚さに
形成する。エピタキシャル層12Aの形成条件等は、第
1の実施例と同じである。次にこのエピタキシャル層1
2Aの表面に第1シリコン基板1Aの研磨面を接着し熱
処理を行なう。
【0029】次に図1(d)に示すように、第1シリコ
ン基板1Aの制御回路素子形成領域31に、素子分離用
のN+ 型拡散層6Aを形成する。
【0030】この第4の実施例では第1の実施例に比
べ、制御回路素子形成領域の酸化シリコン膜4Aの形成
が容易である。また第1の実施例と同様にパワー素子形
成領域を第1シリコン基板1Aで構成しているため、従
来例のように結晶欠陥の発生はなくなる。
【0031】尚、第4の実施例ではN型のシリコン基板
やエピタキシャル層を用いたが、P型であってもよい。
又、素子分離をV字溝やU字溝で行ってもよいことは勿
論である。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、パワー素
子形成領域を制御回路素子形成領域と同一のシリコン基
板で構成しているための、従来のようにエピタキシャル
層を形成する必要がなくなり、コストが低減される。更
に、パワー素子部における結晶欠陥の発生がなくなるた
め、半導体装置の歩留り及び信頼性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図3】本発明の第3の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図4】本発明の第4の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図5】従来の半導体装置を説明するための半導体チッ
プの断面図。
【符号の説明】
1,1A 第1シリコン基板 2 酸化シリコン膜 3 窒化シリコン膜 4,4A 酸化シリコン膜 5 多結晶シリコン膜 6,6A N+ 型拡散層 7A,7B 酸化シリコン膜 8A,8B 充填層 11,11A 第2シリコン基板 12,12A N- 型エピタキシャル層 21 N+ 型シリコン基板 22A 第1エピタキシャル層 22B 第2エピタキシャル層 23 N- 型シリコン基板 24 酸化シリコン膜 30 パワー素子形成領域 31 制御回路素子形成領域
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/762 H01L 27/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高抵抗の第1導電型第1シリコン基板の制
    御回路素子形成領域に溝を形成する工程と、前記溝の底
    面部に開口を有するマスク膜を形成する工程と、前記溝
    の底面部に選択的に絶縁膜を形成する工程と、少なくと
    も前記絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成して前記溝を
    埋めた後研磨し前記多結晶シリコン膜及びパワー素子形
    成領域の前記第1シリコン基板の表面のみを露出させる
    工程と、低抵抗の第1導電型第2シリコン基板上に高抵
    抗の第1導電型エピタキシャル層を形成する工程と、前
    記エピタキシャル層の表面に研磨された前記多結晶シリ
    コン膜と前記第1シリコン基板の表面とを圧着し熱処理
    して接合する工程と、前記接合後に前記絶縁膜上の前記
    第1シリコン基板に素子分離領域を形成する工程とを含
    むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記マスク膜はシリコン窒化膜であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記素子分離領域は前記絶縁膜上の前記第
    1シリコン基板に前記多結晶シリコン膜から離間して設
    けられることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
    製造方法。
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