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JPH06151728A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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Publication number
JPH06151728A
JPH06151728A JP4292820A JP29282092A JPH06151728A JP H06151728 A JPH06151728 A JP H06151728A JP 4292820 A JP4292820 A JP 4292820A JP 29282092 A JP29282092 A JP 29282092A JP H06151728 A JPH06151728 A JP H06151728A
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JP
Japan
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semiconductor
semiconductor layer
type
conductivity type
semiconductor substrate
Prior art date
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Application number
JP4292820A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3161091B2 (en
Inventor
Yukimasa Koishikawa
幸正 小石川
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH06151728A publication Critical patent/JPH06151728A/en
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板の第1の主面側から第2の主面側に
電流を流す電力用のMOSFETと半導体基板の第1の
主面側に形成された制御素子とを分離するためにトレン
チ分離法を容易に適用する。 【構成】N+ 型基体3上にN- 型エピタキシャル層2を
有し、さらにその上にP型エピタキシャル層1を有して
半導体基板を構成させ、半導体基板の第1の主面側から
第2の主面側に電流を流す電力用のMOSFET38と
半導体基板の第1の主面側に形成された制御素子36,
37とを分離する素子分離に第1のトレンチ14aを用
いる。また、MOSFET38のチャンネル領域20を
P型エピタキシャル層1内において第2のトレンチ14
bの側壁に形成する。
(57) [Abstract] [Purpose] A power MOSFET for flowing a current from the first main surface side of the semiconductor substrate to the second main surface side, and a control element formed on the first main surface side of the semiconductor substrate. A trench isolation method is easily applied to isolate the. [Structure] An N type epitaxial layer 2 is provided on an N + type substrate 3, and a P type epitaxial layer 1 is further provided thereon to form a semiconductor substrate, and a semiconductor substrate is formed from a first main surface side to a first main surface side. 2, a power MOSFET 38 for flowing a current on the main surface side of the second control element 36 and a control element 36 formed on the first main surface side of the semiconductor substrate,
The first trench 14 a is used for element isolation for isolating the element 37. In addition, the channel region 20 of the MOSFET 38 is formed in the P-type epitaxial layer 1 by the second trench 14
It is formed on the side wall of b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置に係
わり、特に半導体基板の第1の主面側から第2の主面側
に電流を流す電力用の絶縁ゲート電界効果トランジスタ
(以下、MOSFET、と称す)とこのMOSFETを
制御する制御回路を同じ半導体チップ(半導体基板)に
設けたパワーICに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and, more particularly, to an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET) for electric power for flowing a current from a first main surface side to a second main surface side of a semiconductor substrate. , And a control circuit for controlling this MOSFET are provided on the same semiconductor chip (semiconductor substrate).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術によるこの種の半導体集積回路
の一例の断面を図4に示す。高不純物濃度のN+ 型シリ
コン基体3上にP- 型シリコンエピタキシャル層25が
形成され、このP- 型エピタキシャル層25内にN+
埋込層26が形成されている。また、P- 型エピタキシ
ャル層25上にはN- 型シリコンエピタキシャル層27
が形成され、このN- 型エピタキシャル層27を貫通し
て素子分離用のP+ 型拡散層28が形成されている。N
- 型エピタキシャル層27とP+ 型拡散層28を逆バイ
アスすることによって、N- 型エピタキシャル層27は
島状の領域27a,27b,27cに電気的に分離され
る。N- 型エピタキシャル層27の領域27aには、そ
れぞれが電極17に接続されたP+ 型コレクタ4,P+
型エミッタ5,N+ 型ベースコンタクト部6を有しN-
型領域27aの表面箇所をベースとするPNPバイポー
ラトランジスタ36が電力用のパワーMOSFETを制
御する制御回路の素子の一つとして形成されている。N
- 型エピタキシャル層27の領域27bにはPウエル2
9が形成されそこに、それぞれが電極17に接続された
+ 型コレクタ8,N+ 型エミッタ9,P+ 型ベースコ
ンタクト10を有しPウエル29の表面箇所をベースと
するNPNバイポーラトランジスタ37が電力用のパワ
ーMOSFETを制御する制御回路の素子の一つとして
形成されている。また、N+ 型埋込層26とつながって
その上に位置するN- 型エピタキシャル層27の領域2
7cには、P型領域22内のN+ 型ソース11、P型領
域22の表面のチャンネル領域24,N- 型領域27c
とN+ 型埋込層26とN+ 型シリコン基体3からなるド
レイン,N+ 型ソース11に接続するソース電極16,
+ 型シリコン基体3の裏面に接続するドレイン電極1
5,チャンネル領域24上のゲート絶縁膜41,その上
のゲート電極42を有する電力用のパワーMOSFET
39が形成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a cross section of an example of a semiconductor integrated circuit of this type according to the prior art. A P type silicon epitaxial layer 25 is formed on the N + type silicon substrate 3 having a high impurity concentration, and an N + type buried layer 26 is formed in the P type epitaxial layer 25. In addition, an N type silicon epitaxial layer 27 is formed on the P type epitaxial layer 25.
Is formed, and a P + type diffusion layer 28 for element isolation is formed penetrating the N type epitaxial layer 27. N
By reverse-biasing the type epitaxial layer 27 and the P + type diffusion layer 28, the N type epitaxial layer 27 is electrically separated into island-shaped regions 27a, 27b and 27c. In the region 27a of the N type epitaxial layer 27, the P + type collectors 4, P + , which are connected to the electrodes 17, respectively, are formed.
Type emitter 5 and N + type base contact portion 6 have N
A PNP bipolar transistor 36 based on the surface of the mold region 27a is formed as one of the elements of the control circuit for controlling the power MOSFET for electric power. N
The P well 2 is formed in the region 27b of the type epitaxial layer 27.
9 is formed and has an N + -type collector 8, an N + -type emitter 9 and a P + -type base contact 10 respectively connected to the electrode 17, and has an NPN bipolar transistor 37 based on the surface of the P well 29. Is formed as one of the elements of the control circuit for controlling the power MOSFET for electric power. Further, the region 2 of the N type epitaxial layer 27 which is connected to the N + type buried layer 26 and is located thereabove.
7c includes an N + type source 11 in the P type region 22, a channel region 24 on the surface of the P type region 22, and an N type region 27c.
A drain composed of the N + type buried layer 26 and the N + type silicon substrate 3, a source electrode 16 connected to the N + type source 11,
Drain electrode 1 connected to the back surface of the N + type silicon substrate 3
5, a power MOSFET for power having a gate insulating film 41 on the channel region 24 and a gate electrode 42 thereon
39 is formed.

【0003】このような構成のパワーICでは通常P-
型エピタキシャル層25をグラウンド電位に、N- 型領
域27cとN+ 型埋込層26とN+ 型シリコン基体3と
をプラス電位にして使うので、この間のPN接合は逆バ
イアスされ、バイポーラトランジスタ36,37とMO
SFET39は電気的に分離される。
[0003] Typically in the power IC of such a configuration P -
Since the type epitaxial layer 25 is used as the ground potential and the N type region 27c, the N + type buried layer 26, and the N + type silicon substrate 3 are used as the positive potential, the PN junction therebetween is reverse biased and the bipolar transistor 36 is used. , 37 and MO
The SFET 39 is electrically isolated.

【0004】このときのP- 型エピタキシャル層25と
+ 型シリコン基体3の間にできるP- + 接合の逆バ
イアスブレークダウン電圧は、P- 型エピタキシャル層
25の厚さによって決まり、ブレークダウン電圧が60
Vの場合は約20μmが必要である。
At this time, the reverse bias breakdown voltage of the P N + junction formed between the P type epitaxial layer 25 and the N + type silicon substrate 3 is determined by the thickness of the P type epitaxial layer 25 and the breakdown voltage. Voltage is 60
In the case of V, about 20 μm is required.

【0005】一方、MOSFETのドレイン耐圧は、N
- 型エピタキシャル層27の厚さによって決まり、通常
約10μmの厚さが必要である。
On the other hand, the drain breakdown voltage of the MOSFET is N
It depends on the thickness of the type epitaxial layer 27, and normally requires a thickness of about 10 μm.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上の図4に示したパ
ワーICでは、制御用トランジスタ36,37、電力用
素子であるMOSFET39を電気的に分離するために
+ 型拡散層28を形成しているが、このP+ 型拡散層
28は広い面積を必要とし、かつその形成に長時間を必
要とするという欠点を有する。
In the power IC shown in FIG. 4, the P + type diffusion layer 28 is formed in order to electrically separate the control transistors 36 and 37 and the power element MOSFET 39. However, this P + type diffusion layer 28 has a drawback that it requires a large area and requires a long time for its formation.

【0007】この欠点を解決するために、小信号用のバ
イポーラIC等で用いられるトレンチ分離法(溝分離
法)を使うことが考えられる。この方法を図5に示す。
尚、図5において図4と同一もしくは類似の箇所は同じ
符号で示してあるので重複する説明は省略する。図5で
は、素子分離領域をトレンチ30およびトレンチ30の
内部に充填された絶縁体層13で行っている。しかし、
従来のパワーICにトレンチ分離法を適用した場合、先
に説明したようにMOSFETのドレイン耐圧のために
- 型エピタキシャル層27は約10μmの厚さが必要
であるからトレンチ30は12〜15μmの深さに深く
形成しなければならず、その工程が複雑かつ困難となり
実用的ではない。
In order to solve this drawback, it can be considered to use a trench isolation method (groove isolation method) used in a small signal bipolar IC or the like. This method is shown in FIG.
5 that are the same as or similar to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted. In FIG. 5, the element isolation region is formed by the trench 30 and the insulator layer 13 filling the inside of the trench 30. But,
When the trench isolation method is applied to the conventional power IC, the N type epitaxial layer 27 needs to have a thickness of about 10 μm for the drain withstand voltage of the MOSFET as described above, so that the trench 30 has a thickness of 12 to 15 μm. It must be formed deeply, and the process is complicated and difficult, which is not practical.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板の第1の主面側から第2の主面側に電流を流す電力
用のMOSFETと、前記半導体基板の第1の主面側に
形成された、前記MOSFETを制御する制御素子と、
前記MOSFETと前記制御素子とを分離する素子分離
領域とを有する半導体集積回路装置において、前記半導
体基板は、第1導電型の半導体基体と、前記半導体基体
より低い不純物濃度を有して前記半導体基体上に形成さ
れた第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体
層上に形成された第2導電型の第2の半導体層とを具備
して構成され、前記半導体基体の前記第1の半導体層が
形成された面と反対方向の面が前記半導体基板の第2の
主面となっており、前記素子分離領域は、前記第2の半
導体層を貫通して前記第1の半導体層に達する第1のト
レンチおよびこの第1のトレンチの内面に形成された絶
縁体層(誘電体層)を有して構成され、前記MOSFE
Tのチャンネル領域は前記第2の半導体層内において前
記半導体基板の第1、第2の主面と垂直の方向の第2の
トレンチの側壁に形成されている半導体集積回路装置に
ある。
A feature of the present invention is that a power MOSFET for supplying a current from a first main surface side of a semiconductor substrate to a second main surface side thereof, and a first main surface of the semiconductor substrate. A control element formed on the side for controlling the MOSFET,
In a semiconductor integrated circuit device having an element isolation region for separating the MOSFET and the control element, the semiconductor substrate has a first conductivity type semiconductor substrate and an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate. A first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer. The surface opposite to the surface on which the first semiconductor layer is formed is the second main surface of the semiconductor substrate, and the element isolation region penetrates the second semiconductor layer to form the first main surface. A first trench reaching the semiconductor layer, and an insulator layer (dielectric layer) formed on the inner surface of the first trench.
The channel region of T is in the semiconductor integrated circuit device formed in the side wall of the second trench in the second semiconductor layer in the direction perpendicular to the first and second main surfaces of the semiconductor substrate.

【0009】ここで第2導電型の前記第2の半導体層が
半導体基板の最上半導体層で、その表面が半導体基板の
前記第1の主面であることができる。あるいは、第2導
電型の前記第2の半導体層上に前記半導体基体より低い
不純物濃度の第1導電型の第3の半導体層が半導体基板
の最上半導体層として形成され、この第3の半導体層の
表面が半導体基板の前記第1の主面であり、前記素子分
離領域の溝は第3の半導体層を貫通してから第2の半導
体層を貫通して前記第1の半導体層に達するようにする
ことができる。
Here, the second semiconductor layer of the second conductivity type may be the uppermost semiconductor layer of the semiconductor substrate, and the surface thereof may be the first main surface of the semiconductor substrate. Alternatively, a third semiconductor layer of the first conductivity type having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate is formed as an uppermost semiconductor layer of a semiconductor substrate on the second semiconductor layer of the second conductivity type, and the third semiconductor layer is formed. Is the first main surface of the semiconductor substrate, and the trench of the element isolation region penetrates the third semiconductor layer and then the second semiconductor layer to reach the first semiconductor layer. Can be

【0010】[0010]

【実施例】以下、次に図面を参照して本発明を説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明の第1の実施例の半導体チッ
プを示す断面図である。図1と同図の半導体チップを製
造する方法を工程順に示した図2(a)〜(e)とを同
時に説明する。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention. 2A to 2E showing the method of manufacturing the semiconductor chip of FIG. 1 in the order of steps will be described at the same time.

【0012】まず、高不純物濃度のN+ 型シリコン基体
3上にN- 型シリコンエピタキシャル層2を膜厚約10
μmに成長し、さらにその上にP型シリコンエピタキシ
ャル層1を膜厚約3μmに成長して半導体基板50を構
成させる。半導体基板50は、P型シリコンエピタキシ
ャル層1の表面を第1の主面51とし、N+ 型シリコン
基体3のN- 型シリコンエピタキシャル層2が形成され
た面とは反対方向の面を第2の主面52とし、この第1
および第2の主面51,52は実質的にたがいに並行な
平坦面である(図2(a))。
First, the N type silicon epitaxial layer 2 is formed on the high impurity concentration N + type silicon substrate 3 to a film thickness of about 10 μm.
to a thickness of about 3 μm to form the semiconductor substrate 50. In the semiconductor substrate 50, the surface of the P-type silicon epitaxial layer 1 is used as the first main surface 51, and the surface of the N + -type silicon substrate 3 opposite to the surface on which the N -type silicon epitaxial layer 2 is formed is the second surface. The main surface 52 of the
The second main surfaces 51 and 52 are flat surfaces that are substantially parallel to each other (FIG. 2 (a)).

【0013】次に、P型シリコンエピタキシャル層1を
貫通してN- 型シリコンエピタキシャル層2に達する第
1のトレンチ(溝)14aおよび第2のトレンチ(溝)
14bを第1の主面51から垂直に形成する。第1のト
レンチ14aは素子分離用のものでこれによりP型エピ
タキシャル層1は島状の領域1a,1b,1cに電気的
に分離される。第2のトレンチ14bは島状の領域1c
内に形成され、MOSFETの縦チャンネルのゲート構
造用のものである(図2(b))。
Next, the first trench (groove) 14a and the second trench (groove) which penetrate the P-type silicon epitaxial layer 1 and reach the N -- type silicon epitaxial layer 2.
14b is formed vertically from the first main surface 51. The first trench 14a is for element isolation, whereby the P-type epitaxial layer 1 is electrically isolated into island-shaped regions 1a, 1b, 1c. The second trench 14b is an island-shaped region 1c
It is formed for the vertical channel gate structure of the MOSFET (FIG. 2B).

【0014】次に、第1のトレンチ14aを二酸化シリ
コン等の絶縁膜13で充填させて素子分離領域を構成さ
せる。一方、第2のトレンチ14bの内壁上に熱酸化に
よる二酸化シリコン等のゲート絶縁膜21を形成し、そ
の上にトレンチ14bを充填するようにポリシリコンを
堆積してゲート電極12を形成し、ゲート電極12上に
絶縁膜43を形成する(図2(c))。
Next, the first trench 14a is filled with an insulating film 13 such as silicon dioxide to form an element isolation region. On the other hand, a gate insulating film 21 such as silicon dioxide formed by thermal oxidation is formed on the inner wall of the second trench 14b, and polysilicon is deposited on the gate insulating film 21 so as to fill the trench 14b to form the gate electrode 12. The insulating film 43 is formed on the electrode 12 (FIG. 2C).

【0015】次に、フォトリソグラフィー技術を用い
て、P型エピタキシャル層1の島状の領域1aの内にP
NPバイポーラトランジスタのN型ベース7を形成し、
その内にこのトランジスタのP+ 型コレクタ4,P+
エミッタ5,N+ 型ベースコンタクト部6を形成する。
また、P型エピタキシャル層1の島状の領域1bにN型
ウエル19を形成しそこにNPNバイポーラトランジス
タのP型ベース18を形成し、その内にこのトランジス
タのN+ 型コレクタ8,N+ 型エミッタ9,P+型ベー
スコンタクト部10を形成する。また、P型エピタキシ
ャル層1の島状の領域1cのトレンチ14bの外周表面
に電力用パワーMOSFETのN+ 型ソース11を形成
する。そして全面に二酸化シリコン等の絶縁膜33を披
着する(図2(d))。
Next, by using the photolithography technique, P is formed in the island-shaped region 1a of the P-type epitaxial layer 1.
Forming the N-type base 7 of the NP bipolar transistor,
A P + type collector 4, a P + type emitter 5 and an N + type base contact portion 6 of this transistor are formed therein.
Further, an N-type well 19 is formed in the island-shaped region 1b of the P-type epitaxial layer 1 and a P-type base 18 of an NPN bipolar transistor is formed therein, and the N + type collector 8 and N + type of this transistor are formed therein. The emitter 9 and the P + type base contact portion 10 are formed. Further, the N + type source 11 of the power power MOSFET is formed on the outer peripheral surface of the trench 14b in the island-shaped region 1c of the P type epitaxial layer 1. Then, an insulating film 33 such as silicon dioxide is deposited on the entire surface (FIG. 2 (d)).

【0016】最後に、絶縁膜33にコンタクトホールを
開孔して、それぞれの不純物領域に電極17を接続し
て、島状の領域1aにはPNPバイポーラトランジスタ
36が電力用のパワーMOSFETを制御する制御回路
の素子の一つとして形成され、島状の領域1bにはNP
Nバイポーラトランジスタ37が電力用のパワーMOS
FETを制御する制御回路の素子の一つとして形成され
る。
Finally, contact holes are opened in the insulating film 33, the electrodes 17 are connected to the respective impurity regions, and the PNP bipolar transistor 36 controls the power MOSFET for power in the island-shaped region 1a. It is formed as one of the elements of the control circuit, and NP is formed in the island-shaped region 1b.
N bipolar transistor 37 is a power MOS for power
It is formed as one of the elements of the control circuit for controlling the FET.

【0017】一方、N+ 型ソース11にソース電極16
を接続し、半導体基板50の第2の主面52であるN+
型シリコン基体3の裏面にドレイン電極15を接続し
て、チャンネル領域20が半導体基板50の主面51と
垂直の方向に第2のトレンチ14bの側壁に形成され、
半導体基板の一方の主面51のソース電極16と半導体
基板の他方の主面52のドレイン電極15間を電流通路
とする電力用のパワーMOSFET38が、P型シリコ
ンエピタキシャル層1の島状の領域1cからドレインと
なるN- 型シリコンエピタキシャル層2およびN+ 型シ
リコン基体3にかけて形成される(図2(d)および図
1)。
On the other hand, the source electrode 16 is formed on the N + type source 11.
And N + which is the second main surface 52 of the semiconductor substrate 50.
The drain electrode 15 is connected to the back surface of the silicon substrate 3, and the channel region 20 is formed on the side wall of the second trench 14b in the direction perpendicular to the main surface 51 of the semiconductor substrate 50.
The power MOSFET 38 for electric power having a current path between the source electrode 16 on one main surface 51 of the semiconductor substrate and the drain electrode 15 on the other main surface 52 of the semiconductor substrate is an island-shaped region 1c of the P-type silicon epitaxial layer 1. To the N -type silicon epitaxial layer 2 and the N + -type silicon substrate 3 which will be drains (FIG. 2 (d) and FIG. 1).

【0018】尚、MOSFETについて図2では図1の
左半分を図示してある。そして、図1の断面で示される
第2のトレンチ14bは平面形状でリング状となってい
るから、左右に図示された第2のトレンチ14bは連続
的に形成されている。したがって、チャンネル領域2
0,ゲート絶縁膜21,ソース11は平面形状でリング
状の第2のトレンチ14b内周と外周とにそれぞれに沿
って形成されている。
In FIG. 2, the left half of FIG. 1 is shown for the MOSFET. Since the second trench 14b shown in the cross section of FIG. 1 has a plane shape and a ring shape, the second trenches 14b illustrated on the left and right sides are continuously formed. Therefore, the channel area 2
0, the gate insulating film 21, and the source 11 are formed along the inner circumference and the outer circumference of the ring-shaped second trench 14b having a planar shape.

【0019】上記した本発明ではP型シリコンエピタキ
シャル層1の膜厚は、MOSFET38のチャンネル長
(縦方向にソースとドレイン間)が得られる厚さおよび
バイポーラトランジスタ36,37が形成できる厚さが
あればよく、約3μm程度で十分である。したがって、
素子分離の第2のトレンチ14bも3〜4μmの深さで
十分であるからパワーICにトレンチ分離を用いること
ができる。
According to the present invention described above, the P-type silicon epitaxial layer 1 has a thickness such that the channel length of the MOSFET 38 (between the source and the drain in the vertical direction) can be obtained and the bipolar transistors 36 and 37 can be formed. Only about 3 μm is sufficient. Therefore,
The depth of 3 to 4 μm is sufficient for the second trench 14b for element isolation, so that trench isolation can be used for the power IC.

【0020】すなわち、MOSFETのドレイン耐圧は
- 型シリコンエピタキシャル層2の膜厚により決定さ
れるが、トレンチはP型シリコンエピタキシャル層1を
貫通するのであってN- 型シリコンエピタキシャル層2
は貫通しないから、ドレイン耐圧とトレンチの深さとは
無関係となるのである。
That is, although the drain breakdown voltage of the MOSFET is determined by the film thickness of the N type silicon epitaxial layer 2, the trench penetrates the P type silicon epitaxial layer 1 and the N type silicon epitaxial layer 2 is formed.
Does not penetrate, the drain breakdown voltage and the depth of the trench are irrelevant.

【0021】さらに本発明の半導体集積回路装置では通
常、P型シリコンエピタキシャル層1をグラウンド電位
に、N- 型シリコンエピタキシャル層2およびN+ 型シ
リコン基体3をプラス電位にして使用する。このとき
に、P型シリコンエピタキシャル層1とN- 型シリコン
エピタキシャル層2とのブレークダウン電圧は、MOS
FETのドレイン耐圧と同様にN- 型シリコンエピタキ
シャル層2の膜厚により決定される。このように、図
4,図5の従来技術においてブレークダウン電圧がP-
型エピタキシャル層25の膜厚に依存しMOSFETの
ドレイン耐圧がN-型エピタキシャル層27の膜厚に依
存するという異なる二つの層にそれぞれ依存するのと異
なり、本発明ではブレークダウン電圧もドレイン耐圧も
- 型シリコンエピタキシャル層2の一層のみに依存す
るから、図4,図5のMOSFETにおけるN+ 型埋込
層26を省くことができ、さらに工程が簡素化される。
Further, in the semiconductor integrated circuit device of the present invention, normally, the P-type silicon epitaxial layer 1 is used at the ground potential, and the N -- type silicon epitaxial layer 2 and the N + -type silicon substrate 3 are set at the positive potential. At this time, the breakdown voltage between the P-type silicon epitaxial layer 1 and the N -type silicon epitaxial layer 2 is
Similar to the drain breakdown voltage of the FET, it is determined by the film thickness of the N type silicon epitaxial layer 2. As described above, in the related art shown in FIGS. 4 and 5, the breakdown voltage is P −.
In the present invention, both the breakdown voltage and the drain breakdown voltage are different from the drain breakdown voltage of the MOSFET which depends on the thickness of the N - type epitaxial layer 27 and the drain breakdown voltage of the MOSFET. Since it depends on only one N type silicon epitaxial layer 2, the N + type buried layer 26 in the MOSFETs of FIGS. 4 and 5 can be omitted, and the process is further simplified.

【0022】次に図3は本発明の第2の実施例の半導体
チップを示す断面図である。尚、図3において図1,図
2と同一もしくは類似の箇所は同じ符号で示してあるの
で重複する説明は省略する。
Next, FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor chip according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, parts that are the same as or similar to those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.

【0023】この第2の実施例では、P型シリコンエピ
タキシャル層1上にさらにN- 型シリコンエピタキシャ
ル層32を成長して半導体基板を構成させる。第1およ
び第2のトレンチ14a,14bはN- 型シリコンエピ
タキシャル層32を貫通してからP型シリコンエピタキ
シャル層1を貫通し、トレンチ14aによりN- 型シリ
コンエピタキシャル層32も島状の領域32a,32
b,32cに素子分離される。MOSFETはN- 型シ
リコンエピタキシャル層32の島状の領域32c内にソ
ースコンタクト部となるN+ 型ソース11が形成され、
- 型シリコンエピタキシャル層の島状の領域32cが
チャンネル領域20に当接するN- 型ソースとなる。
In the second embodiment, an N type silicon epitaxial layer 32 is further grown on the P type silicon epitaxial layer 1 to form a semiconductor substrate. The first and second trenches 14a and 14b penetrate the N type silicon epitaxial layer 32 and then the P type silicon epitaxial layer 1, and the trench 14a also causes the N type silicon epitaxial layer 32 to be an island-shaped region 32a. 32
The elements are separated into b and 32c. In the MOSFET, the N + type source 11 serving as a source contact portion is formed in the island-shaped region 32c of the N type silicon epitaxial layer 32,
The island-shaped region 32c of the N type silicon epitaxial layer serves as an N type source that is in contact with the channel region 20.

【0024】そして、PNPバイポーラトランジスタ3
6ではN- 型シリコンエピタキシャル層32の領域32
aがそのままベースとなり、NPNバイポーラトランジ
スタ37はNウエルの形成を省略してN- 型シリコンエ
ピタキシャル層32の領域32bがそのままコレクタと
なりN+ 型コレクタ埋込層34およびN+ 型引き出し領
域35を形成する。この様な構造にすることで高性能な
バイポーラトランジスタを得ることができる。
Then, the PNP bipolar transistor 3
6 is a region 32 of the N type silicon epitaxial layer 32.
In the NPN bipolar transistor 37, the formation of the N well is omitted and the region 32b of the N type silicon epitaxial layer 32 is directly used as the collector to form the N + type collector buried layer 34 and the N + type extraction region 35. To do. With such a structure, a high performance bipolar transistor can be obtained.

【0025】以上、制御用の素子としてバイポーラトラ
ンジスタを例示して説明したが、制御用素子としてはバ
イポーラトランジスタに限定されることはなく、制御用
素子としてCMOSやダイオードなどを用いた場合でも
本発明は適用できる。また、実施例の半導体の極性を逆
にした場合、すなわちN型をP型にしP型をN型にした
場合でも本発明は適用できるものである。
Although the bipolar transistor has been described as an example of the control element, the control element is not limited to the bipolar transistor, and the present invention can be applied even when a CMOS or a diode is used as the control element. Is applicable. Further, the present invention can be applied even when the polarities of the semiconductors of the examples are reversed, that is, when N type is P type and P type is N type.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、N+ 型基
体上にN- 型エピタキシャル層を有し、さらにその上に
P型エピタキシャル層を有して半導体基板を構成させて
いるので、半導体基板の第1の主面側から第2の主面側
に電流を流す電力用のMOSFETと半導体基板の第1
の主面側に形成された制御素子とを分離する素子分離領
域にトレンチ分離法を用いることができる。また、MO
SFETのチャンネル領域はP型エピタキシャル層内に
おいて半導体基板の第1および第2の主面と垂直の方向
にトレンチの側壁に形成されているから、埋込層をなく
し構造を簡単にすることができる。
As described above, according to the present invention, the semiconductor substrate is constructed by having the N type epitaxial layer on the N + type substrate and further having the P type epitaxial layer on it. A power MOSFET for flowing a current from the first main surface side of the semiconductor substrate to the second main surface side and the first of the semiconductor substrate
A trench isolation method can be used in the element isolation region for isolating the control element formed on the main surface side of the. Also, MO
Since the channel region of the SFET is formed in the sidewall of the trench in the P-type epitaxial layer in the direction perpendicular to the first and second main surfaces of the semiconductor substrate, the buried layer can be eliminated and the structure can be simplified. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を製造する方法を工程順
に示した断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の第2の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】従来技術の一例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional technique.

【図5】従来技術の他の例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing another example of the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型シリコンエピタキシャル層 1a,1b,1c P型エピタキシャル層1の島状の
領域 2 N- 型シリコンエピタキシャル層 3 N+ 型シリコン基体 4 PNPバイポーラトランジスタのP+ 型コレクタ 5 PNPバイポーラトランジスタのP+ 型エミッタ 6 PNPバイポーラトランジスタのN+ 型ベースコ
ンタクト部 7 PNPバイポーラトランジスタのN型ベース 8 NPNバイポーラトランジスタのN+ 型コレクタ 9 NPNバイポーラトランジスタのN+ 型エミッタ 10 NPNバイポーラトランジスタのP+ 型ベース
コンタクト部 11 MOSFETのN+ 型ソース 12 MOSFETのゲート電極 13 素子分離用の第1のトレンチ内の絶縁膜 14a 素子分離用の第1のトレンチ 14b MOSFETのゲート構造用の第2のトレン
チ 15 MOSFETのドレイン電極 16 MOSFETのソース電極 17 バイポーラトランジスタの電極 18 NPNバイポーラトランジスタのP型ベース 19 NPNバイポーラトランジスタ形成用のN型ウ
エル 20 MOSFETのチャンネル領域 21 MOSFETのゲート絶縁膜 22 P型領域 24 MOSFETのチャンネル領域 25 P- 型エピタキシャル層 26 N+ 型埋込層 27 N- 型シリコンエピタキシャル層 27a,27b,27c N- 型エピタキシャル層2
7の島状の領域 28 P+ 型拡散層 29 Pウエル 30 トレンチ 32 N- 型シリコンエピタキシャル層 32a,32b,32c N- 型シリコンエピタキシ
ャル層32の島状の領域 33 半導体基板上の絶縁膜 34 N+ 型コレクタ埋込層 35 N+ 型引き出し領域 36 PNPバイポーラトランジスタ 37 NPNバイポーラトランジスタ 38 本発明のMOSFET 39 従来技術のMOSFET 41 ゲート絶縁膜 42 ゲート電極 43 絶縁膜 50 半導体基板 51 半導体基板の第1の主面 52 半導体基板の第2の主面
1 P-type silicon epitaxial layer 1a, 1b, 1c Island-shaped region of P-type epitaxial layer 1 2 N - type silicon epitaxial layer 3 N + type silicon substrate 4 P + type collector of PNP bipolar transistor 5 P + of PNP bipolar transistor Type emitter 6 N + type base contact part of PNP bipolar transistor 7 N type base of PNP bipolar transistor 8 N + type collector of NPN bipolar transistor 9 N + type emitter of NPN bipolar transistor 10 P + type base contact part of NPN bipolar transistor 11 second trench for gate structure of a MOSFET of the N + -type first trench 14b MOSFET for insulating film 14a isolation of the source 12 within the first trench for gate electrode 13 isolation of MOSFET 5 MOSFET drain electrode 16 MOSFET source electrode 17 Bipolar transistor electrode 18 NPN bipolar transistor P-type base 19 NPN bipolar transistor forming N-type well 20 MOSFET channel region 21 MOSFET gate insulating film 22 P-type region 24 MOSFET Channel region 25 P type epitaxial layer 26 N + type buried layer 27 N type silicon epitaxial layer 27a, 27b, 27c N type epitaxial layer 2
7 island-shaped region 28 P + type diffusion layer 29 P well 30 trench 32 N type silicon epitaxial layer 32a, 32b, 32c N type silicon epitaxial layer 32 island shaped region 33 insulating film on semiconductor substrate 34 N + Type collector burying layer 35 N + type extraction region 36 PNP bipolar transistor 37 NPN bipolar transistor 38 MOSFET of the present invention 39 Prior art MOSFET 41 Gate insulating film 42 Gate electrode 43 Insulating film 50 Semiconductor substrate 51 First semiconductor substrate Main surface 52 Second main surface of semiconductor substrate

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の第1の主面側から第2の主
面側に電流を流す電力用の絶縁ゲート電界効果トランジ
スタと、前記半導体基板の第1の主面側に形成された、
前記絶縁ゲート電界効果トランジスタを制御する制御素
子と、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタと前記制御
素子とを分離する素子分離領域とを有する半導体集積回
路装置において、 前記半導体基板は、第1導電型の半導体基体と、前記半
導体基体より低い不純物濃度を有して前記半導体基体上
に形成された第1導電型の第1の半導体層と、前記第1
の半導体層上に形成された第2導電型の第2の半導体層
とを具備して構成され、 前記素子分離領域は、前記第2の半導体層を貫通して前
記第1の半導体層に達する第1のトレンチおよびその内
面に形成された絶縁体層を有して構成され、 前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのチャンネル領域
は前記第2の半導体層内の第2のトレンチの側壁に形成
されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
1. An insulated gate field effect transistor for electric power for flowing a current from a first main surface side of a semiconductor substrate to a second main surface side, and a first main surface side of the semiconductor substrate,
In a semiconductor integrated circuit device having a control element for controlling the insulated gate field effect transistor and an element isolation region for separating the insulated gate field effect transistor and the control element, the semiconductor substrate is a semiconductor of a first conductivity type. A base, a first semiconductor layer of a first conductivity type having a lower impurity concentration than that of the semiconductor base and formed on the semiconductor base;
And a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the semiconductor layer, the element isolation region penetrating the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer. A channel region of the insulated gate field effect transistor is formed on a sidewall of the second trench in the second semiconductor layer, the channel region of the insulated gate field effect transistor being formed of the first trench and an insulator layer formed on an inner surface thereof. A semiconductor integrated circuit device characterized by the above.
【請求項2】 第2導電型の前記第2の半導体層の表面
が前記半導体基板の第1の主面であることを特徴とする
請求項1に記載の半導体集積回路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the surface of the second semiconductor layer of the second conductivity type is the first main surface of the semiconductor substrate.
【請求項3】 前記第2の半導体層の表面から内部に前
記絶縁ゲート電界効果トランジスタの第1導電型のソー
スが形成され、前記ソースの表面にソース電極が接続さ
れ、前記半導体基板の第2の主面となる、第1導電型の
前記半導体基体の前記第1の半導体層が形成された面と
反対方向の面に、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタ
のドレイン電極が接続されていることを特徴とする請求
項2に記載の半導体集積回路装置。
3. A source of the first conductivity type of the insulated gate field effect transistor is formed inside the surface of the second semiconductor layer, a source electrode is connected to the surface of the source, and a second electrode of the semiconductor substrate is formed. The drain electrode of the insulated gate field effect transistor is connected to a surface of the first conductive type semiconductor substrate in a direction opposite to the surface on which the first semiconductor layer is formed, which is the main surface of the. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2.
【請求項4】 前記素子分離領域に囲まれた第2導電型
の前記第2の半導体層の箇所に第1導電型のウエルが形
成され、第1導電型の前記ウエル内に前記制御素子が形
成されていることを特徴とする請求項2もしくは請求項
3に記載の半導体集積回路装置。
4. A well of the first conductivity type is formed in a portion of the second semiconductor layer of the second conductivity type surrounded by the element isolation region, and the control element is formed in the well of the first conductivity type. It is formed, The semiconductor integrated circuit device of Claim 2 or Claim 3 characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 前記制御素子はバイポーラトランジスタ
であることを特徴とする請求項1,請求項2,請求項3
もしくは請求項4に記載の半導体集積回路装置。
5. The control device according to claim 1, wherein the control device is a bipolar transistor.
Alternatively, the semiconductor integrated circuit device according to claim 4.
【請求項6】 第2導電型の前記第2の半導体層上に前
記半導体基体より低い不純物濃度の第1導電型の第3の
半導体層が形成され、前記第3の半導体層の表面が前記
半導体基板の第1の主面であり、前記素子分離領域の前
記第1のトレンチは該第3の半導体層を貫通してから前
記第2の半導体層を貫通して前記第1の半導体層に達し
ていることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回
路装置。
6. A third semiconductor layer of the first conductivity type having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate is formed on the second semiconductor layer of the second conductivity type, and the surface of the third semiconductor layer is the surface of the third semiconductor layer. The first main surface of the semiconductor substrate, wherein the first trench in the element isolation region penetrates the third semiconductor layer and then the second semiconductor layer to form the first semiconductor layer. 2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, which has reached.
【請求項7】 前記第3の半導体層が前記絶縁ゲート電
界効果トランジスタの第1導電型のソースとなり、前記
ソースの表面に高不純物濃度の第1導電型のソースコン
タクト領域が形成されてそこにソース電極が接続され、
前記半導体基板の第2の主面となる第1導電型の前記半
導体基体の前記第1の半導体層が形成された面と反対方
向の面に、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタのドレ
イン電極が接続されていることを特徴とする請求項6に
記載の半導体集積回路装置。
7. The third semiconductor layer serves as a source of the first conductivity type of the insulated gate field effect transistor, and a source contact region of the first conductivity type having a high impurity concentration is formed on the surface of the source, and the source contact region is formed therein. The source electrode is connected,
A drain electrode of the insulated gate field effect transistor is connected to a surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, which is the second main surface of the semiconductor substrate, in a direction opposite to the surface on which the first semiconductor layer is formed. 7. The semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein:
【請求項8】 前記素子分離領域に囲まれた第1導電型
の前記第3の半導体層の箇所に前記制御素子が形成され
ていることを特徴とする請求項6もしくは請求項7に記
載の半導体集積回路装置。
8. The control element is formed at a portion of the third semiconductor layer of the first conductivity type surrounded by the element isolation region, and the control element is formed. Semiconductor integrated circuit device.
【請求項9】 前記制御素子はバイポーラトランジスタ
であることを特徴とする請求項6,請求項7もしくは請
求項8に記載の半導体集積回路装置。
9. The semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein the control element is a bipolar transistor.
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