JPH0429353A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、特性が異なる半導体単結晶基板の表良に関す
るものである。

〈従来の技術〉 複数の半導体単結晶基板表面を接着した単一の積層構造
基板の特性を利用する半導体装置は、１９７０年代から
提案されていたが、技術上の問題などから実用化されて
いない。しかし、近年の半導体製造技術や、精密加工技
術や測定技術等の半導体製造の周辺技術などが急速に進
歩して、上記で説明した半導体装置が徐々に実用化にむ
かっている。

以上の半導体装置には、半導体基板の接着界面に酸化膜
、窒化膜等の絶縁膜を形成した誘電体分離方式を主とし
た半導体装置と、半導体基板のみを積層して、その基板
の接着面で不純物濃度を急激に変化させることができる
などの特徴を利用した高耐圧デバイス等の半導体装置と
があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上で説明した従来の半導体基板を接着した基板による
半導体装置は、その基板によ多形成できるデバイスの種
類が限定されるので、用途と応用範囲が限定され、その
半導体装置の機能的効果を広くできないという問題があ
また。例えば、従来の技術では半導体基板の接合面を利
用したパワーＭＯ５ＦＥＴを作製した基板に、誘電体分
離を利用した方が有利な直列接続の高電圧出力型太陽電
池や、高速スイッチングデバイスが作製できないので、
別の基板を用いることになった。

本発明は、従来の半導体基板を接着した基板の半導体装
置がもつ課題を解消し、半導体基板を接着した基板によ
る応用範囲が広く、かつ、機能的及び経済的効果の大き
い半導体装置を提供することを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、半導体基板を接着するとき、半導体基板が直
接接着する部分と、絶縁膜を介する部分にするものであ
る。

以上で説明し九構成の積層型の基板を用いることで、絶
縁膜が介在しない部分に縦型デバイスを形成し、絶縁膜
が介在している部分に誘電膜分離（又は、絶縁膜外＠＞
のデバイスを形成することで、１枚の半導体基板上に特
性の異なるデバイスを形成した半導体装置にしている。

く作　用〉 以上で説明した、本発明の積層型の半導体基板を用いる
ことで、ホトＭＯＳリレーのような、縦型パワーＭＯ５
ＦＥＴと絶縁膜分離した複数の太陽電池を直列接続した
高電圧出力型太陽電池とを必要とする半導体装置でも、
その基板の絶縁膜を介在させない部分に縦型パワーＭＯ
３ＦＥＴを形成し、絶縁膜を介在させた部分に高電圧出
力型太陽電池を形成して、作製できる。従１て、ホトＭ
ＯＳリレーのように特性の異なるデバイスをもつ各種の
半導体装置を容易に構成できる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を、その一部拡大した断面図面を
参照して説明する。

本発明の実施例では、接着が絶縁膜を介在させた部分と
、介在させない部分からなる２枚のＳｉ半導体単結晶基
板からなるホ）ＭＯ３！Ｊレーについて説明する。

従来は、ホトＭＯＳリレーの、縦型パワーＭＯ５ＦＥＴ
と、誘電膜分離の高電圧出力型太陽電池とは別々に作製
した半導体基板に作製した後、パ・ケジングで結合して
いたので、作製時間が長くなシ、小型化と低価格化に限
界があった。

本発明の実施例は、先ず第２図に示したようにｎ”（１
００）Ｓｉ半導体基板１の表面の所定の部分を、ホトエ
ッチによるホトレジスト膜の形成とＲＩ　Ｅ　（Ｒｅａ
ｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔ／ｃｈｉｎｇ　）等で浅い段
差を形成し、熱酸化又は低温ＣＶＤ等で５ｉ０２の絶縁
膜２が形成される。

次にう・ピングやポリ・シング等の機械的な方法や、前
記のＲＩＥ技術によシ段差部の凸部になった５ｉ０３膜
の除去によシ、第８図に示したように、シリコン半導体
１の露出表面と絶縁膜２の表面とを平坦にした基板１に
した。

以上のように形成した半導体基板１と、比抵抗が５０〜
５５Ω１程度のｎ−（１００）Ｓｉ半導体基板８とをＨ
，０，、又は、Ｈ２Ｏ２との混合液性した基板１と３は
接着する面に微細な異物も付着しないようにし、かつ、
接着する基板１と２との結晶方位をよく一致させ第４図
で示したように密若させた状態で８００℃〜１８００℃
の加熱を行ないＳｉ半導体基板ｌとＳｉ半導体基板３を
直接強固に接着させた。

以上の実施例ではＳｉ半導体基板８の接着面は半導体の
表面のみにしたが、この表面にも、基板１で説明した絶
縁膜を形成することができる。

一般にＳｉ半導体基板は一定以上の厚さをもつので、Ｓ
ｉ半導体基板３を、ポリッシングやラフ力 ピング等のメｙニカルな方法、又はＫＯＨやＮａＯＨ等
を用いた化学的な方法による加工で、８０μｍ程度の平
坦な層にした上、熱酸化、プラズマｃＶＤ（Ｃｈｍｉｃ
ａｌ　　Ｖａｐｏｕｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等に
よυＳｉＯ□、Ｎｉ３Ｎ、等の絶縁膜４を形成する。絶
縁膜４の所定の位置にホトエツチングで開ロバターンを
形成した膜４をマスクにして、ＫＯＨ。

ＮａＯＨ等のアルカリエッチャントによるエフ千ングで
、第５図のようにＳｉ半導体基板８に溝を形成すること
で、絶縁膜２の上に所定の形状のＳｉ半導体単結晶のア
イランド（島）を作製した。

続いて、絶縁膜４をエツチングで除去し、再び熱酸化、
低温ＣＶＤ等によりＳｉ半半導体３面所定の条件でのＳ
ｉＨ．の熱分解、ＳｉＣノ．の水素還元によシＳｉ多結
晶膜６を堆積した状態を示したのが第６図である。更に
、ポリシング，ラフピング等の機械的な方法と、Ｈ　Ｆ
　、Ｈ　Ｎ　Ｏ　ｓ等による化学的方法により、前記の
溝のなかに充填された部分以外のＳｉ多結晶膜６及び絶
縁膜５を除去して平坦化した後、熱酸化等によ，９Ｓｉ
Ｏｚの絶縁膜７を形成したのが第７図である。

以上で形成したＳｉ半導体基板に、集積回路の製造技術
であるホトエツチング技術６選択エフチングによ，９Ｓ
ｉ０２膜７に所定のパターンの開口部を形成し、その開
口部形成に用いたホトレジスト及び５ｉｏ２膜７をマス
クにして、Ｓｉ半半導体基板圧イオン注入法によシホウ
素元素を所定の条件による打込みと、活性化処理にょシ
縦型ＭＯ５　ＦＥＴのチャンネル部を形成するためのｐ
−５ｉウニ／Ｌ／８．高耐圧化のｐ−５ｉガードリ上記
の活性化処理は１１００’Ｃ程度の酸素中の長時間熱処
理であ夛、前記開口部にも数千λの５ｉ０２膜が形成さ
れる。再度、これらの５ｉ０２膜に前記の開口部形成の
方法によシ縦型ＭＯ８ＦＥＴチャンネルを形成し、ソー
スコンタクト領域及び太陽電池素子のｎ−５ｉ拡散層を
形成する領域に開口部を設けるようパターン化した５ｉ
Ｏａ膜９にした。

続いて、縦型ＭＯ５Ｔのゲート部に、約１０００λの熱
酸化５ｉＯｚ膜と、ＳｉＨ４の熱分解によるポリＳｉ膜
を積層して形成し、不要な部分をホトエツチング技術，
イオンエツチング等の選択エツチングによって、除去し
て５ｉ０２　ゲート絶縁膜ｌＯと縦型ＭＯ８　ＦＥＴの
ポリＳｉ膜ゲート電極１１を形成した。

更に続いて、イオン注入法、または、熱拡散法により、
縦型ＭＯ３ＦＥＴのソースコンタクト領域と太陽電池の
受光面になる領域等に浅いｎ”　Ｓ　ｉ拡散層１２．１
２’を形成し、以後の工程に不要になる縦型ＭＯ５　Ｆ
ＥＴのｐ−５ｉウエル上に形成されたｎ”Ｓｉ拡散層１
２を作製するためのマスクにした５ｉ０２膜と、熱拡散
法や活性化熱処理でｎ”−５ｉ拡散層１２．１２’の上
に形成された５ｉ０２膜を選択上・チング法により除去
したのが第８図である。

次に、低温ＣＶＤ法．プラズマＣＶＤ法等で５ｉ０２な
どの絶縁膜１８をＳｉ半導体基板の表面に被覆した上、
前記の選択エツチング法で、縦型ＭＯ５　ＦＥＴのソー
ヌ領域でのｎ”−５ｉ拡散層１２の電極コンタクト部、
ｐ−５ｉ拡散層８の所定の領域、および、ｐ−Ｓｉガー
ドリング８′の所定の領域などに開口を形成した上、Ａ
Ｊ薄膜をスパッタリング、電子ビーム蒸着等で形成した
。

形成したＡノ薄膜は、Ａノに対するホトエッチ技術１選
択工・チング技術を用いて所定のパターンのＡノ配線１
４を形成した。更にＡノ配線１４を形成した基板の表面
を絶縁膜１５で被覆した。この絶縁膜１５は、低温ＣＶ
Ｄ，プラズマＣＶＤによる５ｉ０２又はＳｉ３Ｎ４で形
成することができる。

以上に続いて、前記のＡｊ！配線１４の形成と同じ方法
によシ、太陽電池素子の電極接続部の開口形成と所定パ
ターンＡノ配線１６形成によシ各太陽電池を直接続して
”高電圧出力型太陽電池”の構成にしたのが第１図であ
る。

なお、第１図に示したように高い電圧が印加されるＡノ
配線１６はｐ−３ｉガ一ドリング部８の上に配設された
Ａノ配線に接続している。

以上のような第１図の構成で縦型ＭＯ５　ＦＥＴと高電
圧出力型太陽電池を単一半導体基板上に合理的に形成で
きるので、本実施例で期待したホトＭＯＳリレー（光駆
動型半導体装置）になった。

なお、以上の本発明の実施例では、本発明の詳細な説明
できるホトＭＯＳリレーの一部のみの構成で示したが、
とのホトＭＯＳリレーのスイッチング動作速度を向上さ
せる周辺回路を太陽電池素子を形成したようなアイラン
ドに形成すればよいことは容易に考えられる。

又、本実施例では、本発明をホ）ＭＯ３！Ｊし−の高電
圧部と高出力部をもつ光駆動型半導体装置で説明したが
、本発明は、この実施例のホ）ＭＯ！リレーに限定され
ず高耐圧、高電力又は高速等のデバイス又は回路を一つ
の基板上に形成するスマートパワーＩＣ等に効果的に利
用できるものである。

〈発明の効果〉 本発明は、複数の半導体単結晶基板を部分的に絶縁膜を
介在させて接着する構成で、接着する各半導体基板の結
晶性と不純物濃度の均一性が保たれることから、高耐圧
接合や絶縁膜分離された結晶性のよいアイランドに、そ
れぞれ特性の良いデバイスを形成したモノリシウク集積
化ができる。

従って、例えばホトＭＯＳリレーのときも（イ）縦型パ
ワーＭＯ５ＦＥＴは、従来の厚いエピタキシャル膜をも
つ高価な基板は不要で、しかも質の良いバルク結晶体で
形成でき、良好な素子特性が得られる。１０】複数の太
陽電池素子を直列接続した高電圧出力型太陽電池も絶縁
膜で分離された結晶性の良いアイランドに形成できる。

（７１以上の縦型パワーＭＯ５ＦＥＴ、太陽電池素子及
びその周辺回路の素子も同一基板上に作製するので作製
プロセスを共通に使える。に））各種のデバイスを−チ
・プに集積できて、パフケージングコストの低下と小型
化を図ることができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の一部を拡大した断面図、
第２図乃至第８図は実施例の製造工程を示す一部拡大断
面図である。 １．８・・・（１００）Ｓｉ半導体基板、２．４．５゜
７、９．１８．１５・・・絶縁膜、６・・・Ｓｉ多結晶
膜、８．８’、８”・・・ｐ−５ｉ拡散層、１０・・・
ゲート絶縁膜、１１・・・ポリシリコン電極、１２．１
２’・・・ｎ−３ｉ拡散層、１４．１６・・・Ａノ配線
。 代理人　弁理士　梅　１）　　勝Ｃ他２名）第２図 第３図 第４図 ！ ＠５１！！！！ ９フ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２枚の半導体単結晶基板の表面を直接接
   着した積層構成の基板に、半導体デバイスが形成された
   半導体装置において、前記直接接着した半導体基板の少
   くとも一方の半導体基板の接着面に部分的な絶縁膜が形
   成され、部分的に絶縁膜を介在させた接着であることを
   特徴とする半導体装置。 ２、前記積層型半導体基板で形成された半導体装置にお
   いて、前記半導体基板中の、前記絶縁膜が介在しない部
   分に縦型構成のデバイスが形成され、前記絶縁膜を介在
   させた部分に絶縁膜分離したデバイスが形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。