(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体基板と、
この第１の半導体基板上に形成された絶縁膜と、
この絶縁膜上に形成されかつ蜂の巣状または桝目状のパターンを有する高抵抗膜と、
この高抵抗膜上に形成された第２の半導体基板と
を具備してなることを特徴とするＳＯＩ基板。
【請求項２】
前記高抵抗膜は、ＳＩＰＯＳ膜であることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板。
【請求項３】
第１の半導体基板と、
前記第１の半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、パターンを有する高抵抗膜と、
前記高抵抗膜を介して前記第１の絶縁膜上に形成され、高耐圧素子が形成された第２の半導体基板とを具備してなり、
前記高抵抗膜のパターン間は前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜で埋め込まれ、該第２の絶縁膜および前記高抵抗膜は前記高耐圧素子の下にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記高抵抗膜は、ＳＩＰＯＳ膜であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記パターンは、蜂の巣状または桝目状であることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
第１の半導体基板と、
この第１の半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、
高耐圧素子が上面に形成され、前記高耐圧素子の下に２次元方向に一様に形成された複数の貫通孔を有する第２の絶縁膜が下面に形成された第２の半導体基板と、
前記第１の絶縁膜上に形成されかつ前記複数の貫通孔を介して前記第２の半導体基板の前記下面と選択的にコンタクトする多結晶半導体膜と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
第１の半導体基板上に第１の絶縁膜を介して第２の半導体基板が形成されてなるＳＯＩ基板と、
前記第２の半導体基板の表面に形成された第１導電型の第１の半導体層と、
前記第２の半導体基板の表面に前記第１の半導体層を囲むように形成された第２導電型の第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間の前記第２の半導体基板上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第１および第２の半導体層と接続されるように前記第２の絶縁膜上に形成されかつ複数の領域がくりぬかれた多結晶半導体膜と、
この多結晶半導体膜上に形成された第３の絶縁膜と、
この第３の絶縁膜上に形成された配線と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記多結晶半導体膜は、前記第１の半導体層を中心にして同心円状に形成された複数の環状多結晶半導体膜からなり、かつ各隣り合う内周と外周の前記環状多結晶半導体膜が互いに繋がっていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＯＩ基板およびＳＯＩ基板に高耐圧素子を形成した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高耐圧素子を形成するのに適した構造を有するＳＯＩ基板として、図８に示すＳＯＩ基板が知られている。このＳＯＩ基板は、シリコン基板９１上に埋込み酸化膜９２、ＳＩＰＯＳ膜９３、素子が形成される高抵抗のシリコン基板９４が順次積層された構成になっており、ＳＩＰＯＳ膜９３が存在することが通常のＳＯＩ基板と異なっている。
【０００３】
このようなＳＯＩ基板によれば、ＳＩＰＯＳ膜９３のシールド効果によって、シリコン基板９１の電界のシリコン基板９４への影響を低減できるので、シリコン基板９４の耐圧向上を図れる。
【０００４】
このため、１２００Ｖ以上の高耐圧を確保する場合であっても、通常のＳＯＩ基板とは異なり、埋込み酸化膜９２の膜厚を４．０μｍ未満にでき、高耐圧素子を形成するのに適した実用的なＳＯＩ基板が得られることになる。
【０００５】
しかしながら、この種のＳＯＩ基板にあっては以下のような問題があった。すなわち、高温（例えば１５０℃）状態では、ＳＩＰＯＳ膜９３に起因したリーク電流が増大するという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、素子が形成されるシリコン基板と埋込み酸化膜との間にＳＩＰＯＳ膜を設けた従来構造のＳＯＩ基板は、高温状態でリーク電流が増大するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できる高耐圧のＳＯＩ基板および半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
［構成］
上記目的を達成するために、本発明（請求項１）に係るＳＯＩ基板は、第１の半導体基板と、この第１の半導体基板上に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に形成されかつ蜂の巣状または桝目状のパターンを有する高抵抗膜と、この高抵抗膜上に形成された第２の半導体基板とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記パターンは、高抵抗膜の表面をＬＯＣＯＳ酸化して形成することが好ましい。
【００１０】
また、本発明（請求項６）に係る半導体装置は、第１の半導体基板と、この第１の半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、高耐圧素子が上面に形成され、前記高耐圧素子の下に２次元方向に一様に形成された複数の貫通孔を有する第２の絶縁膜が下面に形成された第２の半導体基板と、前記第１の絶縁膜上に形成されかつ前記複数の貫通孔を介して前記第２の半導体基板の前記下面と選択的にコンタクトする多結晶半導体膜とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項７）に係る半導体装置は、第１の半導体基板上に第１の絶縁膜を介して第２の半導体基板が形成されてなるＳＯＩ基板と、前記第２の半導体基板の表面に形成された第１導電型の第１の半導体層と、前記第２の半導体基板の表面に前記第１の半導体層を囲むように形成された第２導電型の第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間の前記第２の半導体基板上に形成された第２の絶縁膜と、前記第１および第２の半導体層と接続されるように前記第２の絶縁膜上に形成されかつ複数の領域がくりぬかれた多結晶半導体膜と、この多結晶半導体膜上に形成された第３の絶縁膜と、この第３の絶縁膜上に形成された配線とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、上記多結晶半導体膜は、第１の拡散層を中心にして同心円状に形成された複数の環状多結晶半導体膜からなり、かつ各隣り合う内周と外周の前記環状多結晶半導体膜が互いに繋がっていることが好ましい（請求項８）。また、最も内側の環状多結晶半導体膜を第１の拡散層に、最も外側の環状多結晶半導体膜を第２の拡散層に繋げると良い。
【００１３】
［作用］
本発明（請求項１〜５）によれば、第２の半導体基板と絶縁膜との間にＳＩＰＯＳ膜等の高抵抗膜を設けた構造になっているので、高抵抗膜のシールド効果によって、第１の半導体基板の電界の第２の半導体基板への影響を低減できるので、第２の半導体基板の耐圧向上を図れる。
【００１４】
また、高抵抗膜はパターンを有しているので、パターンを有さない場合に比べて実効的な面積は小さくなる。その結果、高抵抗膜の抵抗が増加するので、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できるようになる。高抵抗膜の実効的な面積は小さくなるので、パターンを有さない場合に比べてシールド効果は多少低下するが、実用上問題は無い程度の低下である。
【００１５】
したがって、本発明によれば、シールド効果を持ちつつ、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できる高耐圧のＳＯＩ基板を実現できるようになる。
また、本発明（請求項６）によれば、第２の絶縁膜の複数の貫通孔を介して第２の半導体基板にコンタクトする多結晶半導体膜が上記発明（請求項１）の高抵抗膜と同じように作用するので、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できる高耐圧の半導体装置を実現できるようになる。
【００１６】
また、本発明（請求項７）によれば、複数のくりぬかれた領域を有する多結晶半導体膜が上記発明（請求項１）の高抵抗膜と同じように作用するので、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できるとともに、第１の半導体層と第２の半導体層との間の第２の半導体基板の耐圧を高くできる半導体装置を実現できるようになる。なお、この場合は、配線の電界の第２の半導体基板への影響が低減されて耐圧が高くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板を示す平面図、図２は図１のＳＯＩ基板のＡ−Ａ' 断面図である。
【００１８】
図中１は支持基板としてのシリコン基板（第１の半導体基板）を示しており、このシリコン基板１上には埋込み酸化膜２（絶縁膜）が形成されている。この埋込み酸化膜２上にはＳＩＰＯＳ膜３（高抵抗膜）が形成されている。
【００１９】
ＳＩＰＯＳ膜３の厚さは０．３μｍ以上、好ましくは０．８μｍ以上である。ＳＩＰＯＳ膜３にある程度の厚さを持たせる理由は、薄すぎるとＳＩＰＯＳ膜３のシールド効果が低下するからである。また、ＳＩＰＯＳ膜３の幅ｄは１μｍ以上でも良い。
【００２０】
ＳＩＰＯＳ膜３の表面にはＬＯＣＯＳ酸化により酸化膜４が選択的に形成されており、この酸化膜４によってＳＩＰＯＳ膜３の表面には図１に示すような蜂の巣状のパターンが形成されている。また、図３の断面図に示すように、酸化膜４により完全に酸化せずに、ＳＩＰＯＳ膜３の一部を０．２〜０．３μｍ程度残しても良い。
【００２１】
そして、ＳＩＰＯＳ膜３上には素子が形成される高抵抗のシリコン基板５（第２の半導体基板）が直接接着法により形成されている。
このような構造は、シリコン基板５上にＳＩＰＯＳ膜３を堆積させて、このＳＩＰＯＳ膜３をＬＯＣＯＳ酸化して酸化膜４を形成し、この上にＣＶＤ法により酸化膜を２μｍ以上堆積させた後に、シリコン基板５のＳＩＰＯＳ膜３を形成した側とシリコン基板１、または表面を酸化したシリコン基板１とを直接接着によって接着することにより形成する。
【００２２】
ここで、シリコン基板５のどの領域に素子が形成されるかは装置によって異なるので、上述した蜂の巣状のパターンは偏らずに基板全面に一様に形成することが好ましい。
【００２３】
本実施形態によれば、ＳＩＰＯＳ膜３のシールド効果によって、シリコン基板１の電界のシリコン基板５への影響を低減できるので、シリコン基板５の耐圧向上を図れる。
【００２４】
また、ＳＩＰＯＳ膜３は蜂の巣状パターンを有しているので、パターンを有さない場合に比べて実効的な面積が小さくなる。その結果、ＳＩＰＯＳ膜３の抵抗が増加するので、１５０℃以上の高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できるようになる。具体的には、パターンを有さない場合に比べて、リーク電流を１／１０程度にできる。
【００２５】
また、ＳＩＰＯＳ膜３の実効的な面積が小さくなるので、パターンを有さない場合に比べてシールド効果は多少低下するが、実用上問題は無い程度の低下である。
【００２６】
かくして本実施形態によれば、ＳＩＰＯＳ膜３の表面に蜂の巣状の酸化膜パタンを形成し、ＳＩＰＯＳ膜３の実効的な面積を小さくすることによって、シールド効果を保ちつつ、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できる高耐圧のＳＯＩ基板を実現できるようになる。
【００２７】
なお、抵抗を増加させて高温におけるリーク電流を低下させるためには、ＳＩＰＯＳ膜３の面積がパターンを有さずに全面に形成されている場合の２０％以下が好ましく、また図１における幅ｄは１０μｍ以下が好ましい。
【００２８】
また、本実施形態では、ＳＩＰＯＳ膜３の表面に酸化膜４を形成することによって酸化膜パターンを形成したが、その代わりにＳＩＰＯＳ膜３にシリコン基板５に達する蜂の巣状の貫通孔を形成し、この貫通孔の内部を酸化膜４で埋め込むことによって酸化膜パターンを形成しても良い。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るＳＯＩ基板を示す断面図である。なお、図１および図２と対応する部分には図１および図２と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する（他の実施形態についても同様）。
【００２９】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ＳＩＰＯＳ膜３と同様な効果を薄い酸化膜６（第２の絶縁膜）と多結晶シリコン膜７（多結晶半導体膜）とで実現したことにある。この場合、第１の絶縁膜は埋込み酸化膜２となる。
【００３０】
シリコン基板５の表面には複数の貫通孔８を有する酸化膜６が形成され、多結晶シリコン膜７はこれらの貫通孔８を介してシリコン基板５に電気的にコンタクトとしている。
【００３１】
本実施形態の場合にも、シリコン基板５に多結晶シリコン膜７を堆積して、この上にＣＶＤ法により酸化膜を２μｍ程度堆積させた後に、シリコン基板５の多結晶シリコン膜７を形成した側とシリコン基板１、または表面を酸化したシリコン基板１とを直接接着によって接着することにより形成する。
【００３２】
貫通孔８は、図１の平面図において、互いに接した三つの六角形で共有されている頂点（蜂の巣状の節目）の部分に形成されている。また、シリコン基板５のどの領域に素子が形成されるかは装置によって異なるので、貫通孔８は基板全面に偏らずに一様に形成することが好ましい。
【００３３】
本実施形態によれば、酸化膜６の貫通孔８を介してシリコン基板５にコンタクトする多結晶シリコン膜がＳＩＰＯＳ膜３と同じように作用するので、第１の実施形態と同様に、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できる高耐圧のＳＯＩ基板を実現できるようになる。
（第３の実施形態）
図５は本発明の第３の実施形態に係るダイオードを示す平面図、図６は図４の高耐圧ダイオードのＢ−Ｂ' 断面図である。第１、第２の実施形態では耐圧を持たせる構造をシリコン基板５の下に形成したが、本実施形態ではシリコン基板５の上に形成する。
【００３４】
高抵抗でｎ型のシリコン基板５の表面には高不純物濃度のｎ型拡散層（カソード）９（第１の半導体層）が選択的に形成されている。また、シリコン基板５の表面にはｎ型拡散層９を囲むように高不純物濃度のｐ型拡散層（アノード）１０（第２の半導体層）が選択的に形成されている。
【００３５】
また、図中、１１はｎ型拡散層９とｐ型拡散層１０との間に形成された酸化膜（第２の絶縁膜）、１２はＡｌを用いた主電極（アノード電極、カソード電極）、１３は多結晶シリコンをフィールドプレート電極、１４は層間絶縁膜（第３の絶縁膜）、１５は配線をそれぞれ示している。ここまでは従来のダイオードと同じである。この場合も、第１の絶縁膜は埋込み酸化膜２となる。
【００３６】
本実施形態の特徴は、ｎ型拡散層９を中心にして酸化膜１１上に同心円状に複数の環状の多結晶シリコン膜７ａが形成され、かつ隣り合う内周と外周の環状の多結晶シリコン膜７ａが互いに繋がっていることにある。また、最も内側の環状の多結晶シリコン膜７ａはｎ型拡散層９に、最も外側の環状の多結晶シリコン膜７ａはｐ型拡散層１０に繋がっている。
【００３７】
本実施形態によれば、多結晶シリコン膜７ａがＳＩＰＯＳ膜３と同じように作用するので、配線１５の電界のシリコン基板５への影響が低減され、第１の拡散層と第２の拡散層との間の耐圧を高くできるとともに、多結晶シリコン膜７ａの実効面積が小さくなっているので、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できるダイオードを実現できるようになる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態ではＳＩＰＯＳ膜３に蜂の巣状のパターンを形成し、第３の実施形態では多結晶シリコン膜７ａを同心円状のパターンに形成したが、ＳＩＰＯＳ膜３、多結晶シリコン膜７ａの実効的な面積を小さくできるのであれば他のパターンであっても良く、例えば図７に示すような桝目状のパターンでも良い。なお、図７には正方形の桝目状のパターンが示されているが、長方形であっても良い。
【００３９】
また、第３の実施形態では、高耐圧素子としてダイオードを例にあげて説明したが、本発明はＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等の他の高耐圧素子にも適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、耐圧向上に寄与する高抵抗膜としてのＳＩＰＯＳ膜や多結晶半導体膜の実効的な面積を小さくして抵抗を高くすることによって、高温状態におけるリーク電流の増大を抑制できる高耐圧のＳＯＩ基板や半導体装置を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩ基板を示す平面図
【図２】図１のＳＯＩ基板のＡ−Ａ' 断面図
【図３】図２の断面図を一部変形した断面図
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＳＯＩ基板を示す断面図
【図５】本発明の第３の実施形態に係るダイオードを示す平面図
【図６】図４のダイオードのＢ−Ｂ' 断面図
【図７】第１、第３の実施形態の変形例を示す平面図
【図８】従来のＳＯＩ基板を示す断面図
【符号の説明】
１…シリコン基板（第１の半導体基板）
２…埋込み酸化膜（第１の絶縁膜）
３…ＳＩＰＯＳ膜（高抵抗膜）
４…酸化膜
５…シリコン基板（第２の半導体基板）
６…酸化膜（第２の絶縁膜）
７，７ａ…多結晶シリコン膜（多結晶半導体膜）
８…貫通孔
９…ｎ型拡散層（第１の半導体層）
１０…ｐ型拡散層（第２の半導体層）
１１…酸化膜（第２の絶縁膜）
１２…主電極（アノード電極、カソード電極）
１３…フィールドプレート
１４…層間絶縁膜（第３の絶縁膜）
１５…配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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