JPH11233616A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH11233616A
JPH11233616A JP3346498A JP3346498A JPH11233616A JP H11233616 A JPH11233616 A JP H11233616A JP 3346498 A JP3346498 A JP 3346498A JP 3346498 A JP3346498 A JP 3346498A JP H11233616 A JPH11233616 A JP H11233616A
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JP
Japan
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region
semiconductor substrate
layer
oxide film
semiconductor device
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JP3346498A
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English (en)
Inventor
Takashi Sano
剛史 佐野
Ichiro Taguchi
一郎 田口
Yusuke Kawaguchi
雄介 川口
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高耐圧系を維持したまま素子面積の縮小が実現
できる半導体装置及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】N+型埋込層2をP型半導体基板1上にN
型のエピタキシャル層3を形成する。次に、素子分離形
成予定領域にP型半導体基板1に達する程度の深さを有
するトレンチ6を形成し、このトレンチ6によって素子
領域5と他の素子領域を電気的に絶縁する。その後、ト
レンチ6で囲まれた素子領域5にエピタキシャル層3と
同導電型の不純物を注入し、エピタキシャル層3よりも
不純物濃度の高いN+型抵抗拡散層8を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のう
ち、特に、拡散抵抗を有する半導体装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置について図面を参照し
て説明する。図6( a) は、従来の半導体装置の上面
図、図6(b)は、従来の半導体装置の断面図である。
図6( b) に示されているように、P型半導体基板10
1の素子形成予定領域にアンチモンを注入し、また、素
子分離形成予定領域にボロンを注入して、N+型埋込層
102とP+型埋込層103を同時に形成する。次に表
面上にN型のエピタキシャル層104を成長させ、更に
酸化膜を形成して選択酸化させ、素子分離形成予定領域
にフィールド酸化膜107を形成する。その後、不純物
を注入して抵抗拡散層108を形成する。表面上に層間
絶縁膜109を形成した後に抵抗拡散層108上の層間
絶縁膜109をエッチングし、コンタクトホール110
を開口する。次に、Al等の金属を蒸着させ配線層11
1を形成して、従来の半導体装置の製造工程が終了す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、拡散抵抗層10
8の素子分離はPN接合によるものであったため、図6
( a) に示されるように、高耐圧化を図るためにはP+
型埋込層103と抵抗拡散層108との間隔を大きくす
る必要があった。そのため、素子分離のPN接合が半導
体装置全体の面積に大きく影響するという問題があっ
た。
【0004】また、従来高耐圧化を実現するためにエピ
タキシャル層104の厚さを大きくする方法があった
が、エピタキシャル層104の形成には時間とコストが
かかり、また、エピタキシャル層104を厚くすること
によって、P+型埋込層103を形成するために不純物
拡散を深くすることが必要となるため、横方向の広がり
を考慮すると素子分離領域105の面積が増大してしま
うという問題があった。
【0005】更に、200V程度の高い電圧を印加した
場合、抵抗両端の電位差による抵抗内の空乏化により電
圧依存性が増大し、リニアリティが維持できないという
問題があった。本発明は上記のような事情を考慮し、素
子分離領域を縮小しても高耐圧を維持できる半導体装置
及びその製造方法を実現することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体装置は、半導体基板と、この半導体基
板上に形成された第1の不純物領域と、この第1の不純
物領域に前記半導体基板に達する程度の深さを有して形
成されたトレンチと、このトレンチで囲まれた前記第1
の不純物領域の表面に形成された前記第1の不純物領域
と同導電型の第2の不純物領域とを具備したことを特徴
とするものである。
【0007】更に、前記第2の不純物領域は、前記第1
の不純物領域よりも不純物濃度が高いことが望ましい。
また、半導体基板と、この半導体基板に不純物を注入し
て形成された埋込層と、この埋込層及び前記半導体基板
上に形成されたエピタキシャル層と、所定の領域に少な
くとも表面から前記半導体基板に達するまでの深さで形
成されたトレンチと、このトレンチに囲まれた領域の表
面上に形成された前記エピタキシャル層と同導電型の抵
抗拡散層とを具備したことを特徴とするものである。
【0008】更に、前記抵抗拡散層は、前記エピタキシ
ャル層よりも不純物濃度が高いことが望ましい。また、
半導体基板と、この半導体基板上に形成された埋込酸化
膜と、この埋込酸化膜上に形成された活性シリコン層
と、所定の領域に少なくとも表面から前記埋込酸化膜に
達するまでの深さで形成されたトレンチと、このトレン
チに囲まれた領域の表面上に形成された前記活性シリコ
ン層と同導電型の抵抗拡散層とを具備したことを特徴と
するものである。
【0009】更に、前記抵抗拡散層は、前記活性シリコ
ン層よりも不純物濃度が高いことが望ましい。また、半
導体基板上に素子分離領域及びこの素子分離領域で囲ま
れた素子領域を用意する工程と、不純物を注入し埋込層
を形成する工程と、表面上にエピタキシャル層を成長さ
せる工程と、前記素子分離領域に少なくとも表面から前
記半導体基板に達するまでの深さの溝を形成する工程
と、前記溝を絶縁膜で埋め込む工程と、前記素子領域に
不純物を注入し抵抗拡散層を形成する工程とを具備した
ことを特徴とする半導体装置の製造方法がある。
【0010】また、半導体基板に素子分離領域及びこの
素子分離領域で囲まれた素子領域を用意する工程と、表
面上に埋込酸化膜を形成する工程と、前記埋込酸化膜上
に活性シリコン層を形成する工程と、前記素子分離領域
に少なくとも表面から前記埋込酸化膜に達するまでの深
さの溝を形成する工程と、前記溝を絶縁膜で埋め込む工
程と、前記素子領域に不純物を注入し抵抗拡散層を形成
する工程とを具備したことを特徴とする半導体装置の製
造方法がある。
【0011】更に、前記溝を絶縁膜で埋め込む工程の後
に、表面上に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を選
択的に酸化させて前記素子分離領域上にフィールド酸化
膜を形成する工程とを具備することが望ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の第
1 の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法に
ついて説明する。図1( a) は、本発明の第1の実施の
形態にかかる半導体装置の上面図、図1 (b)は、本発
明の第1 の実施の形態にかかる半導体装置の断面図であ
る。
【0013】本発明の第1の実施の形態にかかる半導体
装置は、N+型埋込層2を有し、N型のエピタキシャル
層3を表面上に形成させたP型半導体基板1と、P型半
導体基板1まで達する深さを有する素子分離のためのト
レンチ6と、トレンチ6で囲まれた素子領域5にエピタ
キシャル層3と同導電型であるN型の不純物を注入して
形成されたN+型抵抗拡散層8とで構成されている。
【0014】次に本発明の第1の実施の形態にかかる半
導体装置の製造方法について、図2を参照して説明す
る。図2は、本発明の第1の実施の形態にかかる半導体
装置の製造工程図である。
【0015】まず、図2( a) に示されるように、P型
半導体基板1にアンチモンを注入し、N+型埋込層2を
形成する。次に、表面上に約3μm程度のエピタキシャ
ル層3を形成する。
【0016】次に、図2( b) に示されるように、素子
分離形成予定領域にP型半導体基板1まで達する程度の
トレンチ6を形成する。このトレンチ6の内壁を酸化し
た後、表面に酸化膜を形成し、トレンチ6が形成されて
いる領域を含む素子分離領域4上の酸化膜を選択酸化
し、フィールド酸化膜7を形成する。その後、トレンチ
6内をポリシリコンを埋め込む。
【0017】次に、図2( c) に示されるように、トレ
ンチ6及びフィールド酸化膜7で囲まれた素子領域5に
ヒ素を注入及び拡散させ、N+型抵抗拡散層8を形成す
る。この時形成されたN+型抵抗拡散層8は、N+型埋込
層2に達しない程度の深さとする。
【0018】次に、図2( d) に示されるように、表面
に層間絶縁膜9を形成した後、N+型抵抗拡散層8上に
コンタクトホール10を開口し、Al等の金属膜を蒸着
し、配線層11を形成する。以上により、本発明の第1
の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程が終了す
る。
【0019】素子分離をトレンチ6で実現し、更にエピ
タキシャル層3と同導電型のN+型抵抗拡散層8を形成
することによって、高耐圧系を維持したまま、従来に比
べて素子面積を約46%程度まで縮小することができ
る。
【0020】また、従来は、図3( a) に示されるよう
に、横方向の耐圧を実現するため素子分離領域4の面積
を大きくとり、また、素子同士の間隔も広くする必要が
あった。それに対し、本実施の形態によれば、図3(
b) に示されるように、素子分離領域4にトレンチ6を
形成するため、素子同士を近接させて形成することが可
能である。
【0021】尚、更に大きな耐圧系を実現するために
は、トレンチ6の外側に更にトレンチを形成して2重ト
レンチとすれば、最小限の素子面積の増加で実現するこ
とができる。
【0022】また、トレンチ6の深さは、P型半導体基
板1に達する程度であれば限定されない。次に、第2の
実施の形態にかかる半導体装置について図4を参照して
説明する。図4( a) は、本発明の第2の実施の形態に
かかる半導体装置の上面図、図4(b)は、本発明の第
2の実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。
【0023】本発明の第2の実施の形態にかかる半導体
装置は、P型半導体基板1上に埋込酸化膜12を形成
し、埋込酸化膜12上に別のP型半導体基板を貼り合わ
せて、ボロンを注入及び拡散し、不純物濃度約1×10
15atoms/cm3程度のP型活性シリコン層13を
形成してなるSOI(Silicon On Insulator)基板を用い
たもので、素子分離領域4に形成するトレンチ6は、埋
込酸化膜12に達する程度の深さとする。また、素子領
域5には、ボロンを注入及び熱拡散し、P型活性シリコ
ン層13よりも不純物濃度の高い不純物濃度約1×10
18atoms/ cm3程度のP+型抵抗拡散層14が形成
されている。
【0024】次に、本発明の第2の実施の形態にかかる
半導体装置の製造方法について、図5を参照して説明す
る。図5は、本発明の第2の実施の形態にかかる半導体
装置の製造工程図である。
【0025】まず、図5( a) に示されるように、P型
半導体基板1上に酸化シリコンで埋込酸化膜12を形成
する。次に、埋込酸化膜12上に別のP型半導体基板を
貼り合わせ、この貼り合わせたP型半導体基板にボロン
を注入し、熱拡散させて不純物濃度約1×1015ato
ms/cm3程度のP型活性シリコン層13を形成す
る。
【0026】次に、図5(b) に示されるように、素子
分離形成予定領域に埋込酸化膜12に達する程度の深さ
のトレンチ6を形成し、トレンチ6と埋込酸化膜12で
素子領域5を完全に囲み周囲と電気的に絶縁する。トレ
ンチ6の内壁を酸化した後、表面に酸化膜を形成し、ト
レンチ6が形成されている箇所を含む素子分離領域4上
の酸化膜を選択酸化し、フィールド酸化膜7を形成す
る。その後、トレンチ6内をポリシリコンで埋め込む。
【0027】次に、図5( c) に示されるように、トレ
ンチ6及びフィールド酸化膜7で囲まれた素子領域5に
ボロンを注入及び拡散させ、表面の浅い領域に不純物濃
度約1×1018atoms/ cm3程度のP+型抵抗拡散
層14を形成する。
【0028】次に、図5(d)に示されるように、表面
に層間絶縁膜9を形成した後、P+型抵抗拡散層14上
にコンタクトホール10を開口し、Al等の金属膜を蒸
着し、配線層11を形成する。以上により、本発明の第
2の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程が終了す
る。
【0029】SOI基板に本発明を用いることによっ
て、P+型抵抗拡散層14がトレンチ6及び埋込酸化膜
12で誘電体分離され周囲の素子と完全に分離されるの
で、耐圧系が、従来のように抵抗及び活性シリコン層の
空乏層で決定するのではなくトレンチ6及び埋込酸化膜
12で決定され、素子分離領域4の距離を縮小すること
が可能となる。また、埋込酸化膜12で縦方向の耐圧が
決定するためP型活性シリコン層13を厚く形成する必
要がなく、寄生容量を低減することができる。
【0030】また、P+型抵抗拡散層14を表面の浅い
領域に形成してP+型抵抗拡散層14を流れる電流路を
埋込酸化膜12から離すことによって、埋込酸化膜12
の界面に形成される正孔のアキュムレート層や空乏層が
電流路から離れ、リニアリティを改善することができ
る。
【0031】尚、基板がマイナス電位の場合、活性シリ
コン層をP型にすることによって埋込酸化膜12の界面
がアキュムレート層になり空乏層の延びを抑え、P+
抵抗拡散層14に空乏層が近づくのを防止することがで
きる。それによって電圧依存性を低減し、高耐圧を維持
しリニアリティを改善することができる。
【0032】また、SOI基板の形成方法は、上記第2
の実施の形態に限定されるものではない。尚、上記第1
及び第2の実施の形態に限定されず、フィールド酸化膜
7を形成せずに、トレンチ6だけで素子分離を実現する
ことも可能である。
【0033】また、半導体基板またはエピタキシャル層
等の導電型も限定されず、抵抗拡散層とその直下の層が
同導電型で形成されればよい。また、抵抗拡散層を形成
する方法は、不純物拡散法のみに限定されず、その他の
方法、例えば、気相拡散法等で実現することも可能であ
る。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、素子分離をトレンチで
形成し、更に、抵抗拡散層を直下の層と同導電型で形成
することによって、高耐圧系を維持したまま素子面積を
大幅に縮小することが可能である。
【0035】更に、SOI基板に本発明を適用すること
によって縦方向の耐圧を確保し、寄生容量を低減し電圧
依存性のない、リニアリティを持った拡散抵抗を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の第1の実施の形態にかかる半導
体装置の上面図。 (b)本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置の
断面図。
【図2】本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置
の製造工程を説明する断面図。
【図3】(a)従来の半導体装置の上面図。 (b)本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置の
上面図。
【図4】(a)本発明の第2の実施の形態にかかる半導
体装置の上面図。 (b)本発明の第2の実施の形態にかかる半導体装置の
断面図。
【図5】本発明の第2の実施の形態にかかる半導体装置
の製造工程を説明する断面図。
【図6】(a)従来の半導体装置の上面図。 (b)従来の半導体装置の断面図。
【符号の説明】
1,101…P型半導体基板、 2, 102…N+型埋込層、 3, 104…エピタキシャル層、 4, 105…素子分離領域、 5, 106…素子領域、 6…トレンチ、 7, 107…フィールド酸化膜、 8…N+型抵抗拡散層、 9, 109…層間絶縁膜、 10, 110…コンタクトホール、 11, 111…配線層、 12…埋込酸化膜、 13…P型活性シリコン層、 14…P+型抵抗拡散層、 103…P+型埋込み層、 108…抵抗拡散層

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
    された第1の不純物領域と、この第1の不純物領域に前
    記半導体基板に達する程度の深さを有して形成されたト
    レンチと、このトレンチで囲まれた前記第1の不純物領
    域の表面に形成された前記第1の不純物領域と同導電型
    の第2の不純物領域とを具備したことを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の不純物領域は、前記第1の不
    純物領域よりも不純物濃度が高いことを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板と、この半導体基板に不純物
    を注入して形成された埋込層と、この埋込層及び前記半
    導体基板上に形成されたエピタキシャル層と、所定の領
    域に少なくとも表面から前記半導体基板に達するまでの
    深さで形成されたトレンチと、このトレンチに囲まれた
    領域の表面上に形成された前記エピタキシャル層と同導
    電型の抵抗拡散層とを具備したことを特徴とする半導体
    装置。
  4. 【請求項4】 前記抵抗拡散層は、前記エピタキシャル
    層よりも不純物濃度が高いことを特徴とする請求項3記
    載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
    された埋込酸化膜と、この埋込酸化膜上に形成された活
    性シリコン層と、所定の領域に少なくとも表面から前記
    埋込酸化膜に達するまでの深さで形成されたトレンチ
    と、このトレンチに囲まれた領域の表面上に形成された
    前記活性シリコン層と同導電型の抵抗拡散層とを具備し
    たことを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記抵抗拡散層は、前記活性シリコン層
    よりも不純物濃度が高いことを特徴とする請求項5記載
    の半導体装置。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に素子分離領域及びこの素
    子分離領域で囲まれた素子領域を用意する工程と、不純
    物を注入し埋込層を形成する工程と、表面上にエピタキ
    シャル層を成長させる工程と、前記素子分離領域に少な
    くとも表面から前記半導体基板に達するまでの深さの溝
    を形成する工程と、前記溝を絶縁膜で埋め込む工程と、
    前記素子領域に不純物を注入し抵抗拡散層を形成する工
    程とを具備したことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 半導体基板に素子分離領域及びこの素子
    分離領域で囲まれた素子領域を用意する工程と、表面上
    に埋込酸化膜を形成する工程と、前記埋込酸化膜上に活
    性シリコン層を形成する工程と、前記素子分離領域に少
    なくとも表面から前記埋込酸化膜に達するまでの深さの
    溝を形成する工程と、前記溝を絶縁膜で埋め込む工程
    と、前記素子領域に不純物を注入し抵抗拡散層を形成す
    る工程とを具備したことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  9. 【請求項9】 前記溝を形成する工程の後に、表面上に
    酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を選択的に酸化さ
    せて前記素子分離領域上にフィールド酸化膜を形成する
    工程とを具備したことを特徴とする請求項5または請求
    項6記載の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
WO2001095389A3 (en) * 2000-06-06 2002-04-18 Infineon Technologies Corp Shielding of analog circuits on semiconductor substrates
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