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JPH06326320A - 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

Info

Publication number
JPH06326320A
JPH06326320A JP13686693A JP13686693A JPH06326320A JP H06326320 A JPH06326320 A JP H06326320A JP 13686693 A JP13686693 A JP 13686693A JP 13686693 A JP13686693 A JP 13686693A JP H06326320 A JPH06326320 A JP H06326320A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
conductivity type
type semiconductor
semiconductor layer
trench
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13686693A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruki Arai
晴輝 新井
Yosuke Takagi
洋介 高木
Tamotsu Ohata
有 大畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP13686693A priority Critical patent/JPH06326320A/ja
Publication of JPH06326320A publication Critical patent/JPH06326320A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オン抵抗の低い高性能な電力用MOSFET
とその制御回路とを高集積化できる半導体装置及びその
製造方法を提供する。 【構成】 電力用MOSFETは、半導体基板1上の半
導体層2にトレンチが形成され、その内部にゲート酸化
膜7を形成する。ゲート電極8のポリシリコンは、その
中に充填される。一方、その制御回路部はトレンチ型の
素子分離構造17で素子分離され、その分離領域内にバ
イポーラ素子などの制御回路が形成されている。トレン
チゲートを有しているので、セル密度を高めても単位面
積当たりオン抵抗が増大しない。また、トレンチ構造を
利用しているので集積度も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用MOS型電界効
果トランジスタと、これを制御する信号素子などを含む
制御回路とをモノリシックに集積した複合半導体装置の
構造及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、パワースイッチ、モータドライ
ブ、ランプドライブなどに用いる電力用MOS型電界効
果トランジスタ(以下、MOSFETという)は、その
制御回路とともに半導体基板内にモノリシックに集積さ
れて複合半導体装置(以下、パワーICという)を構成
している。図13及び図14を参照してこの従来のパワ
ーICを説明する。図はその断面構造を示すものであ
る。半導体基板1には、シリコン高不純物濃度N半導
体基板を用い、この上にシリコンN型半導体層2が形成
されている。半導体基板1とN型半導体層2との間の所
定の領域には、シリコンP型埋込み分離層3が形成され
ている。このP型埋込み分離層3の上のN型半導体層2
にはN型半導体層2表面からP型埋込み分離層3に達す
るように形成されたP型分離拡散領域4が形成され、こ
のP型埋込み分離層3とP型分離拡散領域4に囲まれた
N型半導体層2はN型半導体領域21を構成しており、
この中にパワースイッチなどに用いる電力用MOSFE
Tの制御回路が形成される。
【0003】N型半導体領域21以外のN型半導体層2
の表面領域には、MOSFETのP型ベース領域5が形
成され、このP型ベース領域5の内には、Nソース領
域6が形成されている。N型半導体層2上には、N型半
導体層2、P型ベース領域5及びNソース領域6を被
覆するようにゲート酸化膜7を介してポリシリコンのゲ
ート電極8が形成され、ゲート電極8は、シリコン酸化
膜のような絶縁膜9で被覆されている。N型半導体領域
21の制御回路は、例えば、バイポーラトランジスタを
含んでいる。このバイポーラトランジスタは、N型半導
体領域21の表面領域に形成されたP型ベース領域1
1、P型ベース領域11内に形成されたNエミッタ領
域121及びP型ベース領域11外に形成された高不純
物濃度Nコレクタ領域12を含んでいる。パワーIC
は、この制御回路や電力用MOSFETが繰返し複数形
成されている。
【0004】この様な構造のパワーICを形成するに
は、まず、厚さ約200μm程度のシリコン半導体基板
1に、例えば、イオン注入などによりボロンなどの不純
物を拡散して半導体基板1表面の所定の領域にP型不純
物拡散層を形成し、その上に10μm程度のN型半導体
層2をエピタキシャル成長させる。P型不純物拡散層は
埋込み分離層3となる。次ぎに、ボロンなどの不純物を
N型半導体層2の表面から拡散させて、N型半導体層表
面からP型埋込み分離層に達するP型分離拡散領域4を
形成してこの拡散層に囲まれたN型半導体層2を制御回
路が形成されるN型半導体領域21とする。この領域に
制御回路に含まれるバイポーラトランジスタのP型ベー
ス領域11、Nコレクタ領域12及びNエミッタ領
域121を形成し、これらの上にこれらに接続するベー
ス電極B、コレクタ電極C及びエミッタ電極Eをそれぞ
れアルミニウムを材料として形成する。次ぎに、N型半
導体領域21以外の領域にゲート酸化膜7を介して所定
のパターンのポリシリコンを材料とするゲート電極8を
形成する。次いで、このゲート電極8のポリシリコンパ
ターンをマスクとして、N型半導体層2にP型不純物、
つづいてN型不純物をイオン注入してP型ベース領域5
及びNソース領域6をセルフアラインで形成する。各
領域は、ゲート電極8の下まで拡散(即ち、横方向拡
散)して行き、これら領域が構成するMOSFETセル
のゲート長は、このP型ベース領域5とNソース領域
の前記横方向拡散長の差で決まる。そのためセル特性
は、極めて均一であり、このセルを多数並列接続して構
成するパワーICに有効であり、広く利用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電力用MOS
FETセルのチャネルは、P型ベース領域の横方向拡散
により形成されるので、セルの配列ピッチを縮小するに
は限界があるのでその高集積化は困難である。また、セ
ルの配列ピッチを縮小していくと隣接するセルのP型ベ
ース領域に挟まれた領域に等価的に存在するJFET部
分(J)の抵抗は増大する(図14参照)。したがっ
て、単に配列ピッチを小さくしてセルを多数集積しても
単位面積当たりのオン抵抗が最小となるとは限らず、そ
こに最適なセルピッチが存在する。この最適セルピッチ
は、殆ど製造上の最小加工寸法よりも大きくなり、その
ために半導体装置の集積度は向上しない。さらに、電力
用MOSFETとその制御回路部とを分離する素子分離
領域は、内部のP型埋込み分離層まで達するP型分離拡
散領域をN型半導体層の表面からの拡散で形成している
ためにP型分離拡散領域の横方向への広がりを考慮した
設計荷なる。とくに耐圧系が高くなるほど制御回路が形
成されるN型半導体領域21は厚くしなければならない
ので、前記P型分離拡散領域は広い幅が必要になり半導
体装置の高集積化が困難になる。本発明は、この様な事
情により成されたもので、オン抵抗の低い高性能な電力
用MOSFETとその制御回路とを高集積化できる半導
体装置を提供することを目的にしている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、電力用半導体
素子がトレンチゲート構造を有し、前記電力用半導体素
子の制御回路部がトレンチ型素子分離構造によって前記
電力用半導体素子と分離されていることを特徴としてい
る。すなわち、本発明の半導体装置は、第1導電型半導
体基板と、前記第1導電型半導体基板上に形成された第
1導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層に形成さ
れ、電力用半導体素子を有する第1導電型の第1の領域
と、前記第1導電型半導体層に形成され、制御回路素子
を有する第1導電型の第2の領域と、前記第1導電型半
導体層の第1の領域の表面領域に形成された前記電力用
半導体素子の第2導電型ベース領域と、前記第1の領域
の表面領域に形成され、前記第2導電型ベース領域に囲
まれた前記電力用半導体素子の第1導電型ソース領域
と、前記第1導電型ソース領域内に形成され、前記第1
導電型半導体層の主面からその内部において前記第2導
電型ベース領域を貫通するゲート用トレンチと、前記ゲ
ート用トレンチの側壁に形成された前記電力用半導体素
子のゲート酸化膜と、前記ゲート用トレンチ内に形成さ
れ、前記ゲート酸化膜上に配置された前記電力用半導体
素子のゲート電極と、前記第2の領域内又は前記第1導
電型半導体基板と前記第1導電型半導体層との間に形成
された第2導電型埋込み分離層と、前記第1の領域と前
記第2の領域との間に形成され、少なくとも前記第1導
電型半導体層の主面から前記第2導電型埋込み分離層に
達する素子分離用トレンチとを備え、前記第2導電型埋
込み分離層と前記素子分離用トレンチとで前記第1導電
型半導体層の前記第2の領域を前記第1導電型半導体層
の他の領域と分離することを第1の特徴とする。
【0007】また、第1導電型半導体基板と、前記第1
導電型半導体基板上に形成された第1導電型半導体層
と、前記第1導電型半導体層に形成され、電力用半導体
素子を有する第1導電型の第1の領域と、前記第1導電
型半導体層に形成され、制御回路素子を有する第1導電
型の第2の領域と、前記第1の領域の表面領域に形成さ
れた前記電力用半導体素子の第2導電型ベース領域と、
前記第1導電型半導体層の第1の領域の表面領域に形成
され、前記第2導電型ベース領域に囲まれた前記電力用
半導体素子の第1導電型ソース領域と、前記第1導電型
ソース領域内に形成され、前記第1導電型半導体層の主
面からその内部において前記第2導電型ベース領域を貫
通するゲート用トレンチと、前記ゲート用トレンチの側
壁に形成された前記電力用半導体素子のゲート酸化膜
と、前記ゲート用トレンチ内に形成され、前記ゲート酸
化膜上に配置された前記電力用半導体素子のゲート電極
と、前記第2の領域又は前記第1導電型半導体基板と前
記第2の領域との間に形成された第2導電型埋込み分離
層と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に形成さ
れ前記第1導電型半導体層の主面から内部へ形成された
素子分離用トレンチと、前記素子分離用トレンチと前記
第2導電型埋込み分離層との間に形成され、この両者を
接続する第2導電型不純物拡散領域とを備え、前記第2
導電型埋込み分離層、前記素子分離用トレンチ及び前記
第2導電型不純物拡散領域とで前記第1導電型半導体層
の前記第2の領域を前記第1導電型半導体層の他の領域
と分離することを第2の特徴とする。
【0008】前記素子分離用トレンチの前記第1導電型
半導体層の主面からの深さを前記ゲート用トレンチの深
さと等しくすることができる。前記素子分離用トレンチ
は、その上部に径大部を備え、底部を含む下部に径小部
を備えることができる。前記径大部の前記第1導電型半
導体層の主面からの深さは、前記ゲート用トレンチの前
記深さと等しくすることができる。本発明の半導体装置
の製造方法は、第1導電型半導体基板上に電力用半導体
素子が形成される第1導電型の第1の領域と制御回路素
子が形成される第1導電型の第2の領域とを有する第1
導電型半導体層を形成する工程と、前記第1導電型半導
体基板と前記第1導電型半導体層との間に第2導電型埋
込み分離層を形成する工程と、前記第1導電型半導体層
の第1の領域の表面領域に前記電力用半導体素子の第2
導電型ベース領域を形成する工程と、前記第1導電型半
導体層の第1の領域の表面領域に第2導電型ベース領域
に囲まれた前記電力用半導体素子の第1導電型ソース領
域を形成する工程と、前記第1導電型ソース領域内に形
成され、前記第1導電型半導体層の主面からその内部に
おいて前記第2導電型ベース領域を貫通するゲート用ト
レンチと前記第1導電型半導体層の主面から前記第2導
電型埋込み分離層に達し、N型半導体層主面からの深さ
が前記ゲート用トレンチと同じである素子分離用トレン
チとを形成する工程と、前記ゲート用及び素子分離用ト
レンチの側壁に酸化膜を形成する工程と、前記ゲート用
及び素子分離用トレンチ内に前記酸化膜を介してポリシ
リコンを埋設させる工程とを備えていることを特徴とす
る。
【0009】
【作用】電力用MOSFETはトレンチゲート構造を備
えているので、前述した従来技術のようにセル密度を高
めた場合に顕著となる単位面積当たりのオン抵抗増大と
いう現象が無い。また、素子分離がトレンチを用いてい
るので分離領域の占める割合も大幅に削減できる。さら
に、電力用半導体素子が形成された領域と制御回路素子
が形成された領域とを同一工程で形成することができ
る。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照を参照して本発明の実施例
を説明する。まず、図1乃至図6を用いて第1の実施例
を説明する。図1はパワーICの断面図、図2乃至図5
はその製造工程断面図及び図6はその動作説明図であ
る。図においてパワーICは、電力用MOSFETとこ
れを制御する制御回路を備えており、その制御回路部に
は構成要素例としてバイポーラトランジスタを示す。こ
のMOSFETと制御回路は、約200μm厚のシリコ
ンN半導体基板1の上に形成された約10μm厚程度
のN型半導体層2に形成されている。N型半導体基板1
とN型半導体層2との間の所定の領域にはP型埋込み分
離層3が形成されている。N型半導体層2の表面からP
型埋込み分離層3に達するようにトレンチ構造の素子分
離領域17が形成されている。この素子分離領域17は
P型埋込み分離層3とともにN型半導体層2に他と独立
したN型半導体領域21を形成し、ここに前記従来例と
同様に制御回路を形成する。この半導体領域21には、
P型ベース領域11、高不純物濃度Nコレクタ領域1
2及びNエミッタ領域121を備えたバイポーラトラ
ンジスタが形成されている。
【0011】素子分離領域17を構成するトレンチ16
の先端はP型埋込み分離層3の内部に達しており、約1
0μmの深さがある。そして、内部側壁の表面にはシリ
コン酸化膜14が形成されている。トレンチ16内部も
含めてN型半導体層2表面はこの酸化膜15で被覆され
ており、その上にシリコン酸化膜などの絶縁膜9が形成
されている。前記バイポーラトランジスタの各領域の電
極は、これらの絶縁膜9や酸化膜15に形成したコンタ
クト孔を通して外に露出している。即ち、P型ベース領
域11に接続するベース電極B、Nコレクタ領域12
に接続するコレクタ電極C及びNエミッタ領域121
に接続するエミッタ電極Eがコンタクト孔を介して絶縁
膜9の上に露出している。電力用MOSFETは、N型
半導体層2のN型半導体領域21外の領域に形成され
る。そのP型ベース領域5がN型半導体層2の表面領域
に形成され、その領域内にNソース領域6が形成され
ている。このP型ベース領域5及びNソース領域6に
はこれらを貫通するトレンチ13が形成されており、そ
の側面の表面にはゲート酸化膜7となるシリコン酸化膜
が形成されている。そして、そのトレンチ13内部には
ゲート電極8となるポリシリコンが形成されている。シ
リコン酸化膜7及び絶縁膜9のコンタクト孔を介してP
型ベース領域5及びNソース領域6の一部が露出して
おり、この露出部分と電気的に接続するソース電極10
が絶縁膜9の上に形成されている。
【0012】半導体基板1のN型半導体層3が形成され
ている表面とは反対の面にドレイン電極18が形成され
ている。図6は、この半導体基板に形成されたパワーI
Cの動作を説明する半導体基板の断面図である。図のM
OSFETセルがオンされると、電流Iは図の矢印に示
す様にドレイン電極18からチャネルを通ってソース電
極10へ流れるが、チャネル領域は、ドレイン側壁近傍
のゲート酸化膜7の下に形成される。従って、従来のよ
うなJFET部分は存在せず、セルの配列ピッチを小さ
くしてもオン抵抗は影響を受けないので半導体装置の高
密度化を図ることができる。
【0013】次に、図2乃至図5を参照してこの実施例
のパワーICの製造方法について説明する。まず、ひ素
(As)などのN型不純物を高濃度にドープした厚さ約
200μmのシリコンN半導体基板1の表面を高温の
酸化雰囲気中にさらしてシリコン酸化膜を形成する。フ
ォトレジストを用いてこの酸化膜を選択的にエッチング
してP型埋込み分離層を形成するためのパターンを形成
する。フォトレジストを取除いてから酸化膜のパターニ
ングされた部分に硼素(B)などのP型不純物を、例え
ば、約1200〜1300℃で熱拡散させてP型埋込み
分離層3を形成する。半導体基板1表面の酸化膜を除去
し、例えば、シラン化合物とリン化合物を高温で分解反
応させて半導体基板1の上に約10μm厚のN型半導体
層2を成長させる(図2(a))。次に、N型半導体層
2表面から、例えば、Bをイオン注入してN型半導体層
2のP型埋込み分離層3が形成されていない領域の表面
領域にPウエルを形成しこれをP型ベース領域5とする
(図2(b))。次に、P型ベース領域5表面からAs
などのN型不純物をイオン注入などにより高濃度にドー
プしてP型ベース領域5内にNソース領域6を形成す
る(図3(a))。このP型ベース領域5及びNソー
ス領域6を貫通するようにN型半導体層2の表面からト
レンチ13を形成する。このトレンチ13の表面からの
深さは、P型ベース領域5の深さより数μmは大きくな
っている。
【0014】ついで、トレンチ13内部を含むN型半導
体層2の表面を高温で加熱し表面にシリコン熱酸化膜1
5を形成する。この熱酸化膜はトレンチ内部ではゲート
酸化膜7として用いられる。トレンチ13内を含めてこ
のN型半導体層2の表面にポリシリコン膜を堆積し、こ
れをフォトレジストなどを用いてパターニングしてトレ
ンチ13内にポリシリコン電極8を埋設する(図4
(a))。つぎに、N型半導体層2の素子分離領域にそ
の表面からP型埋込み分離層3の中に達するトレンチ1
6を形成し、このトレンチ16内部にも熱酸化などによ
りシリコン酸化膜14を形成する(図4(b))。トレ
ンチ16とP型埋込み分離層3とで囲まれたN型素子領
域21には、MOSFETの制御回路のバイポーラトラ
ンジスタが形成される。まず、BなどのP型不純物をイ
オン注入などによりドープしてP型ベース領域11とな
るPウエルを形成し、ついで、AsなどのN型不純物を
イオン注入などによりPウエルとN型素子領域21に高
濃度にドープし、Pウエル11内にはNエミッタ領域
121、Nコレクタ領域12を形成する。制御回路を
形成してからN型半導体層2表面に、例えば、SiO2
膜などの絶縁膜9をCVD法などにより形成する。Si
2 膜は、当然トレンチ16内にも形成されており、そ
して、側壁が酸化膜14で被覆され、SiO2 膜が充填
されているトレンチ16は、素子分離領域17として用
いられる(図5(a))。
【0015】次に、フォトレジストを用いて絶縁膜9の
コンタクトパターンを形成し、絶縁膜9とその下の酸化
膜15とを選択的にエッチングしてコンタクト孔を形成
してP型ベース領域5、11、Nソース領域6、N
エミッタ領域121及びNコレクタ領域12を部分的
に露出させる。この状態で真空中において、例えば、A
lを蒸発させてN型半導体層2の表面全面にAl膜を堆
積させる。このときAl膜は、各領域を露出させている
コンタクト孔内にも堆積されてこれら各領域と接続して
いる。この後フォトレジストを形成してこれをパターニ
ングし、パターニングしたフォトレジストをマスクにし
てAl膜の選択的エッチングを行って、各領域にそれぞ
れエミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極及びソース
電極10を形成する(図5(b))。この後半導体基板
1の裏面に、例えば、Al膜などのドレイン電極18を
全面に被覆する。各電極表面は、保護絶縁膜などで保護
する(図示せず)。本発明は、以上の実施例の製造工程
のみ限定されるものではなく、例えば、分離用トレンチ
16とゲート用トレンチ13とを同じ工程で形成しても
良いし、分離用トレンチ16を先に形成する工程を実施
しても良い。
【0016】次に、図7を参照して第2の実施例を説明
する。図7は、パワーICの断面図である。図において
パワーICは、電力用MOSFETとこれを制御する制
御回路を備えており、その制御回路部にはバイポーラト
ランジスタなどが形成されている。このMOSFETと
制御回路は、約200μm厚のシリコンN半導体基板
1の上に形成された約10μm厚程度のN型半導体層2
に形成されている。N型半導体基板1とN型半導体層2
との間の所定の領域にはP型埋込み分離層3が形成され
ている。N型半導体層2の表面からP型埋込み分離層3
に達するようにトレンチ構造の素子分離領域17が形成
されている。この素子分離領域17はP型埋込み分離層
3とともにN型半導体層2に他と独立したN型半導体領
域21を形成し、ここに制御回路を形成する。そして、
N型半導体層2表面はこの酸化膜15で被覆されてお
り、その上にシリコン酸化膜などの絶縁膜9が形成され
ている。前記バイポーラトランジスタの各領域の電極
は、これらの絶縁膜9や酸化膜15に形成したコンタク
ト孔を通して外に露出している。電力用MOSFETは
N型半導体層2のN型半導体領域21外の領域に形成さ
れる。
【0017】そのP型ベース領域5がN型半導体層2の
表面領域に形成されその領域内にNソース領域6が形
成されている。このP型ベース領域5及びNソース領
域6にはこれらを貫通するトレンチが形成されており、
その側面の表面にはゲート酸化膜7となるシリコン酸化
膜が形成されている。そして、そのトレンチ内部にはゲ
ート電極8となるポリシリコンが形成されている。シリ
コン酸化膜7及び絶縁膜9のコンタクト孔を介してP型
ベース領域5及びNソース領域6の一部が露出してお
り、この露出部分と電気的に接続するソース電極10が
絶縁膜9の上に形成されている。さらに半導体基板1の
N型半導体層3が形成されている表面とは反対の面にド
レイン電極18が形成されている。各電極表面は保護絶
縁膜により保護されている。 この実施例は、素子分離
領域17の構造に特徴がある。この素子分離領域17
は、N型半導体層2に形成したトレンチ16の内壁に形
成された酸化膜14とトレンチ16内部に埋設したポリ
シリコン19から構成されている。図ではポリシリコン
19をN型半導体層2の表面、即ち、トレンチの外に露
出させているが、表面を熱酸化してポリシリコンをトレ
ンチ内に閉じ込めることもできる。この実施例では寄生
容量を小さくすることができる。トレンチ16の先端は
P型埋込み分離層3の内部に達しており、約10μmの
深さがある。
【0018】次に、図8を参照して第3の実施例を説明
する。図は、パワーICの断面図である。図においてパ
ワーICは、電力用MOSFETとこれを制御する制御
回路を備えており、その制御回路部にはバイポーラトラ
ンジスタなどが形成されている。このMOSFETと制
御回路は、約200μm厚のシリコンN半導体基板1
の上に形成された約20μm厚程度のN型半導体層2に
形成されている。第1及び第2の実施例においては、N
型半導体基板1とN型半導体層2との間の所定の領域に
P型埋込み分離層3が形成されていた。この実施例では
N型半導体層2の中程にその表面から約10μmの深さ
にP型埋込み分離層3の表面が配置されるように形成さ
れる。そして、N型半導体層2表面からP型埋込み分離
層3に達するようにトレンチ構造の素子分離領域17が
形成されている。この素子分離領域17はP型埋込み分
離層3とともにN型半導体層2に他と独立したN型半導
体領域21を形成し、ここに制御回路を形成する。N型
半導体層2表面は、酸化膜15で被覆されており、その
上にシリコン酸化膜などの絶縁膜9が形成されている。
前記バイポーラトランジスタの各領域の電極は、これら
の絶縁膜9や酸化膜15に形成したコンタクト孔を通し
て外に露出している。電力用MOSFETはN型半導体
層2のN型半導体領域21外の領域に形成される。
【0019】そのP型ベース領域5がN型半導体層2の
表面領域に形成されその領域内にNソース領域6が形
成されている。このP型ベース領域5及びNソース領
域6にはこれらを貫通するトレンチが形成されており、
その側面の表面にはゲート酸化膜7となるシリコン酸化
膜が形成されている。そして、そのトレンチ内部にはゲ
ート電極8となるポリシリコンが埋設されている。シリ
コン酸化膜7及び絶縁膜9のコンタクト孔を介してP型
ベース領域5及びNソース領域6の一部が露出してお
り、この露出部分と電気的に接続するソース電極10が
絶縁膜9の上に形成されている。さらに半導体基板1の
N型半導体層3が形成されている表面とは反対の裏面に
ドレイン電極18が形成されている。各電極表面は保護
絶縁膜により保護されている。この実施例は、素子分離
領域17用トレンチのN型半導体層2表面からの深さが
ゲート用トレンチの前記深さより浅いことに特徴があ
る。今までの実施例ではN型半導体層2の厚さは10μ
m程度であり、そこに形成される電力用MOSFETの
耐圧が60V程度であるので、耐圧を一層高くするため
にさらにN型半導体層2を厚くし、例えば、20μm程
度にエピタキシャル成長させる。そして、ゲート電極8
の埋設されているトレンチ13のN型半導体層2表面か
らの深さを大きくする。
【0020】この実施例では、P型埋込み分離層3は、
半導体基板1とN型半導体層2との境界に形成するので
はなく、N型半導体層2の中に形成される。したがっ
て、P型埋込み分離層3は、半導体基板1上にN型半導
体層2をエピタキシャル成長させてからイオン注入によ
りN型半導体層2中に形成する。この素子分離領域17
は、N型半導体層2に形成したトレンチ16の内壁に形
成された酸化膜14とトレンチ16内部に形成した絶縁
膜から構成されている。次に、図9を参照して第4の実
施例を説明する。図は、パワーICの断面図である。図
においてパワーICは、電力用MOSFETとこれを制
御する制御回路を備えており、その制御回路部にはバイ
ポーラトランジスタなどが形成されている。この実施例
の半導体装置は、図7に示す半導体装置とは、素子分離
用及びゲート用トレンチの深さ以外は構造的に同じであ
る。この実施例においても素子分離領域17のトレンチ
には、酸化膜14上に図7と同様に電気的に他と独立し
ているポリシリコン19が埋設されているが、素子分離
領域17のトレンチのN型半導体層2表面からその底部
までの深さがゲート電極用のトレンチの前記深さと等し
いことに特徴がある。この様に、どのトレンチも深さを
等しくすることにより、トレンチ形成工程を共通化する
ことができる。従って、例えば、図3(b)に示すゲー
トトレンチ形成工程のときに素子分離トレンチ16を形
成することができるので工程が簡略化することができ
る。
【0021】次に、図10を参照して第5の実施例を説
明する。図は、パワーICの断面図である。図において
パワーICは、電力用MOSFETとこれを制御する制
御回路を備えており、その制御回路部にはバイポーラト
ランジスタなどが形成されている。この実施例の半導体
装置は、図9に示す半導体装置とは、素子分離用トレン
チの構造が相違している点で相違しておりその他には格
別の構造上の違いはない。この素子分離領域17のトレ
ンチ内には、酸化膜14上にN型半導体層2を被覆する
CVDSiO2 のような絶縁膜9が形成されている。こ
の素子分離用トレンチは、開口部を含む上部が径大部で
あり、P型埋込み分離層3に埋設される底部を含む下部
が径小部になっている。上部の径大部はそのN型半導体
層2表面からの深さが、ゲート用トレンチ13の前記深
さと等しくなっている。したがって、径大部を形成する
までは、前実施例と同じく、ゲート用トレンチ形成工程
において形成し、さらに、P型埋込み分離層3に達する
まで少しトレンチを追加するだけで径大部と径小部を有
する深い素子分離用トレンチを形成することができる。
N型半導体層の厚い高耐圧半導体装置を少ない工程数で
提供することができる。この素子分離用トレンチにポリ
シリコンを充填することも可能である。
【0022】次に、図11を参照して第6の実施例を説
明する。図は、パワーICの断面図である。図において
パワーICは、電力用MOSFETとこれを制御する制
御回路を備えており、その制御回路部にはバイポーラト
ランジスタなどが形成されている。この実施例の半導体
装置は、図7に示す半導体装置とは、素子分離用トレン
チの構造が相違している以外は構造的に同じである。こ
の実施例においても素子分離領域17のトレンチには、
酸化膜14上に図7と同様に電気的に他と独立している
ポリシリコン19が埋設されているが、図7では、素子
分離用トレンチの底部がP型埋込み分離層3に達してお
らず、P型不純物拡散領域20がこのトレンチ底部とP
型埋込み分離層3とを接続している。つまり、素子分離
領域17は、このトレンチとP型不純物拡散領域20か
ら構成されている。このP型不純物拡散領域20を形成
するには、例えば、次のような手順で行われる。図4に
示すような素子分離領域17のトレンチ16の形成工程
において、その底部がP型埋込み分離層3まで達しない
うちにトレンチ形成を止め、その後は、トレンチ底部か
らイオン注入法や固相拡散により不純物を拡散してP型
埋込み分離層3と接続するP型不順物拡散領域20を形
成する。トレンチをある深さまで形成しておき、P型埋
込み分離層3に達するまで少しの拡散領域を形成するだ
けで深い素子分離領域17を形成することができる。N
型半導体層の厚い高耐圧半導体装置を少ない工程数で提
供することができる。この素子分離用トレンチにポリシ
リコンに変えて絶縁物を充填することも可能である。
【0023】次に、図12を参照して第7の実施例を説
明する。図は、パワーICの断面図である。図において
パワーICは、電力用MOSFETとこれを制御する制
御回路を備えており、その制御回路部にはバイポーラト
ランジスタなどが形成されている。この実施例の半導体
装置は、図11に示す半導体装置とは、素子分離用トレ
ンチの構造が相違している以外は構造的に同じである。
この実施例においても素子分離領域17のトレンチに
は、酸化膜14上に図11と同様に電気的に他と独立し
ているポリシリコン19が埋設されており、素子分離用
トレンチの底部がP型埋込み分離層3に達しておらず、
P型不純物拡散領域20がこのトレンチ底部とP型埋込
み分離層3とを接続している。つまり、素子分離領域1
7は、このトレンチとP型不純物拡散領域20から構成
されている。しかし、この実施例では、素子分離用トレ
ンチの深さがゲート用トレンチの深さとほぼ等しいこと
に特徴がある。この様にどのトレンチも深さを等しくす
ることによりトレンチ形成工程を共通化することができ
る。したがって、例えば、図3(b)に示すゲートトレ
ンチ形成工程のときに素子分離トレンチ16を形成する
ことができるので、工程が簡略化することができる。
【0024】P型不純物拡散領域20を形成するために
は、例えば、次のような手順で行われる。図4に示すよ
うな素子分離領域17のトレンチ16の形成工程におい
て、その底部がP型埋込み分離層3まで達しないうちに
トレンチ形成を止め、その後は、トレンチ底部からイオ
ン注入法や固相拡散により不純物を拡散してP型埋込み
分離層3と接続するP型不順物拡散領域20を形成す
る。トレンチをある深さまで形成しておき、P型埋込み
分離層3に達するまで少しの拡散領域を形成するだけで
深い素子分離領域17を形成することができる。また、
N型半導体層の厚い高耐圧半導体装置を少ない工程数で
提供することができる。この素子分離用トレンチにポリ
シリコンに変えて絶縁物を充填することも可能である。
【0025】
【発明の効果】本発明は、以上のような構成により、セ
ル密度を高めても単位面積当りのオン抵抗増大現象が少
なく容易にセルの高密度化を図ることができ、また、素
子分離領域も大幅に削減することができるので集積度の
高い半導体装置を提供することができる。さらに、電力
用半導体素子を有する領域及び制御回路素子を有する領
域とが同一の工程で形成することができるので、その製
造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の断面図。
【図2】第1の実施例の半導体装置の製造工程断面図。
【図3】第1の実施例の半導体装置の製造工程断面図。
【図4】第1の実施例の半導体装置の製造工程断面図。
【図5】第1の実施例の半導体装置の製造工程断面図。
【図6】第1の実施例の半導体装置の動作を説明する断
面図。
【図7】第2の実施例の半導体装置の断面図。
【図8】第3の実施例の半導体装置の断面図。
【図9】第4の実施例の半導体装置の断面図。
【図10】第5の実施例の半導体装置の断面図。
【図11】第6の実施例の半導体装置の断面図。
【図12】第7の実施例の半導体装置の断面図。
【図13】従来の半導体装置の断面図。
【図14】従来の半導体装置の動作を説明する断面図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 N型半導体層 3 P型埋込み分離層 4、17 P型素子分離領域 5、11 P型ベース領域 6 Nソース領域 7 ゲート酸化膜 8 ゲート電極 9 絶縁膜 10 ソース電極 12 Nコレクタ領域 13 ゲート用トレンチ 14、15 酸化膜 16 素子分離用トレンチ 18 ドレイン電極 19 ポリシリコン膜 20 P型不純物拡散領域 21 N型半導体領域 121 Nエミッタ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/331 29/73 H01L 29/72 9055−4M 29/78 321 C

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型半導体基板と、 前記第1導電型半導体基板上に形成された第1導電型半
    導体層と、 前記第1導電型半導体層に形成され、電力用半導体素子
    を有する第1導電型の第1の領域と、 前記第1導電型半導体層に形成され、制御回路素子を有
    する第1導電型の第2の領域と、 前記第1の領域の表面領域に形成された前記電力用半導
    体素子の第2導電型ベース領域と、 前記第1の領域の表面領域に形成され、前記第2導電型
    ベース領域に囲まれた前記電力用半導体素子の第1導電
    型ソース領域と、 前記第1導電型ソース領域内に形成され、前記第1導電
    型半導体層の主面からその内部において前記第2導電型
    ベース領域を貫通するゲート用トレンチと、 前記ゲート用トレンチの側壁に形成された前記電力用半
    導体素子のゲート酸化膜と、 前記ゲート用トレンチ内に形成され、前記ゲート酸化膜
    上に配置された前記電力用半導体素子のゲート電極と、 前記第2の領域内又は前記第1導電型半導体基板と前記
    第2の領域との間に形成された第2導電型埋込み分離層
    と、 少なくとも前記第1の領域と前記第2の領域との間に形
    成され、前記第1導電型半導体層の主面から前記第2導
    電型埋込み分離層に達する素子分離用トレンチとを備
    え、 前記第2導電型埋込み分離層と前記素子分離用トレンチ
    とで前記第1導電型半導体層の前記第2の領域を前記第
    1導電型半導体層の他の領域と分離することを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型半導体基板と、 前記第1導電型半導体基板上に形成された第1導電型半
    導体層と、 前記第1導電型半導体層に形成され、電力用半導体素子
    を有する第1導電型の第1の領域と、 前記第1導電型半導体層に形成され、制御回路素子を有
    する第1導電型の第2の領域と、 前記の第1の領域の表面領域に形成された前記電力用半
    導体素子の第2導電型ベース領域と、 前記第1導電型半導体層の第1の領域の表面領域に形成
    され、前記第2導電型ベース領域に囲まれた前記電力用
    半導体素子の第1導電型ソース領域と、 前記第1導電型ソース領域内に形成され、前記第1導電
    型半導体層の主面からその内部において前記第2導電型
    ベース領域を貫通するゲート用トレンチと、 前記ゲート用トレンチの側壁に形成された前記電力用半
    導体素子のゲート酸化膜と、 前記ゲート用トレンチ内に形成され、前記ゲート酸化膜
    上に配置された前記電力用半導体素子のゲート電極と、 前記第2の領域内又は前記第1導電型半導体基板と前記
    第2の領域との間に形成された第2導電型埋込み分離層
    と、 少なくとも前記第1の領域と前記第2の領域との間に形
    成され、前記第1導電型半導体層の主面から内部へ形成
    された素子分離用トレンチと、 前記素子分離用トレンチと前記第2導電型埋込み分離層
    との間に形成され、この両者を接続する第2導電型不純
    物拡散領域とを備え、 前記第2導電型埋込み分離層、前記素子分離用トレンチ
    及び前記第2導電型不純物拡散領域とで前記第1導電型
    半導体層の前記第2の領域を前記第1導電型半導体層の
    他の領域と分離することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記素子分離用トレンチの前記第1導電
    型半導体層の主面からの深さは、前記ゲート用トレンチ
    の深さと等しいことを特徴とする請求項1又は請求項2
    に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記素子分離用トレンチは、その上部に
    径大部を備え、底部を含む下部に径小部を備えているこ
    とを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
    の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記径大部の前記第1導電型半導体層の
    主面からの深さは、前記ゲート用トレンチの前記深さと
    等しいことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれ
    かに記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】第1導電型半導体基板上に電力用半導体素
    子が形成される第1導電型の第1の領域と制御回路素子
    が形成される第1導電型の第2の領域とを有する第1導
    電型半導体層を形成する工程と、 前記第1導電型半導体基板と前記第1導電型半導体層と
    の間に第2導電型埋込み分離層を形成する工程と、 前記第1導電型半導体層の第1の領域の表面領域に前記
    電力用半導体素子の第2導電型ベース領域を形成する工
    程と、 前記第1導電型半導体層の第1の領域の表面領域に第2
    導電型ベース領域に囲まれた前記電力用半導体素子の第
    1導電型ソース領域を形成する工程と、 前記第1導電型ソース領域内に形成され、前記第1導電
    型半導体層の主面からその内部において前記第2導電型
    ベース領域を貫通するゲート用トレンチと前記第1導電
    型半導体層の主面から前記第2導電型埋込み分離層に達
    し、N型半導体層主面からの深さが前記ゲート用トレン
    チと同じである素子分離用トレンチとを形成する工程
    と、 前記ゲート用及び素子分離用トレンチの側壁に酸化膜を
    形成する工程と、 前記ゲート用及び素子分離用トレンチ内に前記酸化膜を
    介してポリシリコンを埋設させる工程とを備えているこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP13686693A 1993-05-15 1993-05-15 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH06326320A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09321133A (ja) * 1996-05-27 1997-12-12 Nec Corp 半導体装置の製造方法
US7956423B2 (en) 2008-05-27 2011-06-07 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device with trench gate and method of manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09321133A (ja) * 1996-05-27 1997-12-12 Nec Corp 半導体装置の製造方法
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