JPH07105439B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明はエピタキシャル層を上下分離した半導体集積回
路装置の改良に関する。

（ロ） 従来の技術 例えば特開昭60-136250号公報に記載の装置に用いられ
ている上下分離方法は、エピタキシャル層表面での横拡
散を抑えることができるので通常の分離方法より微細化
できるという特徴を有する。

第３図はこの様な装置を示し、Ｐ型半導体基板（１）全
面に積層して形成したN^-のエピタキシャル層（２）と、
基板（１）表面に形成したN⁺の埋込層（３）と、この埋
込層（３）を囲むようにエピタキシャル層（２）を貫通
したP⁺型の上下分離領域（４）と、上下分離領域（４）
で囲まれたエピタキシャル層（２）で形成された島領域
（５）と、島領域（５）表面に形成したＰ型のベース領
域（６）と、ベース領域（６）表面に形成したN⁺型エミ
ッタ領域（７）と、コレクタコンタクト領域（８）と、
各領域上に配設した電極（９）（９）（９）とで構成
し、上下分離領域（４）は基板（１）表面からはい上げ
て拡散した下拡散層（10）とエピタキシャル層（２）表
面から拡散した上拡散層（11）とを連結することにより
形成している。

そして斯る装置は、基板（１）表面に埋込層（３）を形
成するＮ型不純物と上下分離領域（４）の下拡散層（1
0）を形成するＰ型不純物をデポジットした後、基板
（１）全面にエピタキシャル層（２）を積層し、エピタ
キシャル層（１）表面から上下分離領域（４）の上拡散
層（11）を選択拡散すると同時に、この時の熱処理で基
板（１）表面からはい上げて拡散した下拡散層（10）と
連結して上下分離領域（４）を形成する。

（ハ） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の装置では上下分離領域（４）の上
拡散層（11）と下拡散層（10）とを同時に拡散している
ので、不純物濃度等の関係で、上拡散層（11）を下拡散
層（10）よりかなり深く形成する必要があった。具体的
には、エピタキシャル層（２）の厚みを13μｍとすれ
ば、上拡散層（11）を約10μｍ、下拡散層（10）を約５
μｍ拡散する。このため拡散時間が３〜４時間と長く、
上拡散層（11）の横方向拡散も大きくなるのでエピタキ
シャル層（２）表面の上拡散層（11）の占有面積が大き
く集積度を更に向上できない欠点があった。

（ニ） 問題点を解決するための手段 本発明は斯上した欠点に鑑みてなされ、上下分離領域
（４）をエピタキシャル層（２）の厚みの半分より浅い
位置で連結した半導体集積回路装置において、下拡散層
（10）の幅W₁と上拡散層（11）の幅W₂とがW₁＞W₂であ
り、且つベース領域（６）の周端部と上拡散層（11）の
周端部との離間距離L₁とベース領域（６）の底面周端部
と下拡散層（10）の上面周端部との離間距離L₂とがL₁＜
L₂となるようにベース領域（６）を配置することによ
り、トランジスタのパターンサイズを大幅に縮小して集
積度を向上した半導体集積回路装置を提供するものであ
る。

（ホ） 作用 本発明によれば、上下分離領域（４）をエピタキシャル
層（２）の厚みの半分より浅い位置で連結し、下拡散層
（10）の幅W₁より上拡散層（11）の幅W₂とがW₁＞W₂にな
るようにしたので、上拡散層（11）の表面占有面積を大
幅に減少できる。また、ベース領域（６）の周端部と上
拡散層（11）の周端部との離間距離L₁とベース領域
（６）の底面周端部と下拡散層（10）の上面周端部との
離間距離L₂とがL₁＜L₂になるようにベース領域（６）を
配置したので、幅広に形成した下拡散層（10）は集積度
の向上を妨げず、上下分離領域（４）とベース領域
（６）との離間距離を最小にできる。この結果、トラン
ジスタのパターンサイズを大幅に減少でき集積度を向上
できる。

（ヘ） 実施例 以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図（イ）および第１図（ロ）は本発明による半導体
集積回路装置を示し、Ｐ型半導体基板（１）全面に積層
して形成したN^-型エピタキシャル層（２）と、基板
（１）表面に形成したN⁺型の埋込層（３）と、この埋込
層（３）を囲むようにエピタキシャル層（２）を貫通し
たP⁺型の上下分離領域（４）と、上下分離領域（４）で
囲まれたエピタキシャル層（２）で形成された島領域
（５）と、島領域（５）表面に形成したＰ型のベース領
域（６）と、ベース領域（６）表面に形成したN⁺型のエ
ミッタ領域（７）と、N⁺型のコレクタコンタクト領域
（８）と、各領域上に配設した電極（９）（９）（９）
とで構成している。

上下分離領域（４）は、基板（１）表面からエピタキシ
ャル層（２）の厚みの半分以上はい上げて拡散した下拡
散層（10）とエピタキシャル層（２）表面から下拡散層
（10）に到達するまで拡散した上拡散層（11）とで形成
し、下拡散層（10）の上方向の拡散深さd₁より上拡散層
（11）の拡散深さd₂の方が浅くなるように形成すること
によって上拡散層（11）の横方向拡散を抑え、下拡散層
（10）の幅W₁と上拡散層（11）の幅W₂とを本発明の第１
の特徴であるW₁＞W₂になるように形成する。尚上拡散層
（11）と下拡散層（10）は同じ大きさの拡散窓で形成さ
れている。

そしてベース領域（６）は上拡散層（11）より浅く形成
し、且つそれらの横方向拡散を利用してベース領域
（６）の周端部と上拡散層（11）の周端部との離間距離
L₁とベース領域（６）の底面周端部と下拡散層（10）の
上面周端部との離間距離L₂とを本発明の第２の特徴であ
るL₁＜L₂になるようにベース領域（６）を配置してい
る。この関係は第１図（ロ）から明らかな如く、下拡散
層（10）とベース領域（６）双方の周端部が横方向拡散
によって湾曲しているため、エピタキシャル層（２）の
厚みに比して下拡散層（10）の上方向の拡散深さd₂を極
端に大きくしない限り、そして下拡散層の初期拡散層形
成時の拡散マスクの大きさと上拡散層の初期拡散層形成
時の拡散マスクの大きさとをほぼ同じ大きさにして形成
することにより、比較的容易に達成できる。

斯上した構造によれば、上下分離領域（４）をエピタキ
シャル層（２）の厚みの半分より浅い位置で連結し、且
つ下拡散層（10）の幅W₁より上拡散層（11）の幅W₂を狭
くしたので、上拡散層（11）の表面占有面積を大幅に縮
小することができる。

さらに、ベース領域（６）の周端部と上拡散層（５）の
周端部との離間距離L₁とベース領域（８）の底面周端部
と下拡散層（３）の上面周端部との離間距離L₂とをL₁＜
L₂になるようにベース領域（６）を配置したので、上下
分離領域（４）とベース領域（６）の耐圧はエピタキシ
ャル層（２）表面で決定し、上拡散層（11）とベース領
域（６）とを所定の耐圧が得られる最小距離にまで近ず
けることができる。

従って本発明によれば、上拡散層（11）の表面占有面積
を大幅に縮小できることと、上拡散層（11）とベース領
域（６）との離間距離を最小にできることから、トラン
ジスタのパターンサイズを大幅に減少して集積度を向上
できる。

さらに上拡散層（11）より下拡散層（10）を幅広に形成
するので、多少のマスクずれがあっても完全な接合分離
が得られるという利点をも有する。

次に本発明による装置の製造方法を述べる。

先ず第２図（イ）に示す如く、半導体基板（１）として
Ｐ型のシリコン基板を用い、基板（１）上にアンチモン
（Sb）を選択的にデポジットしてN⁺型の埋込層（３）を
形成し、続いて埋込層（３を取囲む基板（１）表面にボ
ロン（Ｂ）を選択的にデポジットしてP⁺型の上下分離領
域（４）の下拡散層（10）を形成しておく。

次に第２図（ロ）に示す如く、基板（１）全面に周知の
気相成長法によりN^-型のエピタキシャル層（２）を約７
μｍ厚に積層する。この時の熱処理で埋込層（３）と下
拡散層（10）は上下方向に若干拡散される。

そして第２図（ハ）に示す如く、基板（１）全体に約12
00℃、２時間の熱処理を加えることにより上下分離領域
（４）の下拡散層（10）をエピタキシャル層（２）の厚
みの半分以上はい上げて拡散し、同時に埋込層（３）も
エピタキシャル層（２）内にはい上げて拡散する。具体
的には、下拡散層（10）は基板（１）表面から約５μ
ｍ、埋込層（３）は基板（１）表面から約３μｍ程はい
上げる。また拡散した深さの分だけ横方向にも広がるの
で、拡散窓の幅が４μｍであれば下拡散層（10）の幅は
約14μｍになる。

さらに第１図（ニ）に示す如く、エピタキシャル層
（２）表面から上拡散層（11）を選択拡散し、あらかじ
め前の工程で拡散しておいた下拡散層（10）と連結して
上下分離領域（４）を形成する。

本工程は本発明の装置を製造するのに重要な工程で、上
下分離領域（４）の下拡散層（10）をエピタキシャル層
（２）の厚みの半分以上はい上げて拡散した後に上拡散
層（11）を拡散しているので、上拡散層（11）の拡散深
さを約３μｍと浅くでき、その拡散時間を約1200℃、１
時間に短縮できる。このため上拡散層（11）の横方向拡
散を約３μｍと大幅に抑制でき、上拡散層（11）の表面
占有面積を大幅に縮小できる。具体的には、拡散窓の幅
が４μｍであれば上拡散層（11）の幅は約10μｍにな
る。

従って、上下分離領域（４）はエピタキシャル層（２）
の厚みの半分より浅い位置で連結され、且つ下拡散層
（10）は上拡散層（11）より幅広に形成される。

そうして第２図（ホ）に示す如く、上下分離領域（４）
で囲まれたエピタキシャル層（２）で形成された島領域
（５）に、Ｐ型のベース領域（６）を上拡散層（11）よ
り浅く約２μｍの深さに選択拡散し、続いてN⁺型のエミ
ッタ領域（７）およびコレクタコンタクト領域（８）を
約1.5μｍの深さに選択拡散し、最後に電極（９）
（９）（９）を配設してNPN型のトランジスタを形成す
る。

この様に形成した装置では、パターン設計上の上下分離
領域（４）とベース領域（６）との離間距離を約7.5μ
ｍまで縮小できた。

（ト） 発明の効果 以上説明した如く、本発明によれば上拡散層（11）の拡
散深さを浅くして下拡散層（10）の幅W₁より上拡散層
（11）の幅W₂を狭くしたので、上拡散層（11）の表面占
有面積を大幅に低減できる。さらに離間距離L₁とL₂とを
L₁＜L₂になるようにベース領域（６）を配置したので、
幅広に形成した下拡散層（10）は何ら集積度を妨げず、
上拡散層（11）とベース領域（６）との離間距離を最小
にできる。この結果、トランジスタのパターンサイズを
大幅に縮小して集積度を大幅に向上できるという利点を
有する。

また、上拡散層（５）と下拡散層（３）をベース領域
（８）より下で連結しているので、L₁＜L₂の関係を保つ
ことができ、下拡散層（３）とベース領域（８）とが不
用意に近接しないので、ベース・分離間耐圧を上拡散層
（５）とベース領域（８）との位置関係で決定でき、耐
圧の制御が容易であるという利点を有する。

さらに、上下拡散層（３）（５）を連結するためにはエ
ピタキシャル層（４）の膜厚のばらつき（±１〜２μ）
を保証するだけの量を重畳させる必要がある。そのため
上拡散層（５）とベース領域（８）とを共用するような
構成ではそれだけ下拡散層（３）を上に持ち上げる必要
が生じ、下拡散層（３）とベース領域（８）とが不用意
に近接して耐圧が劣化することがあるが、本願はベース
領域（８）と上拡散層（５）を別個に形成し、上拡散層
（５）をベース領域（８）より深く形成したので、前記
エピタキシャル層（４）のばらつきによる耐圧の劣化が
ないという利点も有する。

また本発明によれば、上拡散層（11）より下拡散層（1
0）の方が幅広なので、多少のマスクずれ等があっても
完全な接合分離が得られ、さらに上拡散層（11）の拡散
時間が短いので熱拡散によるエピタキシャル層（２）表
面の結晶欠陥が少なくて済むという利点を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図（イ）および第１図（ロ）は夫々本発明を説明す
るための断面図および拡大断面図、第２図（イ）乃至第
２図（ホ）は本発明による装置の工程断面図、第３図は
従来例を説明するための断面図である。 （１）は半導体基板、（２）はエピタキシャル層、
（４）は上下分離領域、（６）はベース領域、（10）は
上下分離領域（４）を形成する下拡散層、（11）は上下
分離領域（４）を形成する上拡散層である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−50686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−142533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−141587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−5391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−189667（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−124860（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−26682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−30359（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−36788（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一導電型の半導体基板の表面に逆導電型の
   埋込層を形成する逆導電型の不純物を付着し、該埋込層
   を囲んで一導電型の上下分離領域の下拡散層を形成する
   一導電型の不純物を前記基板表面に付着する工程、 前記基板全面に逆導電型のエピタキシャル層をエピタキ
   シャル成長法により形成し、該エピタキシャル成長工程
   の間中、前記一導電型の不純物を前記エピタキシャル層
   内に上方向に再拡散する工程、 前記基板を加熱処理して、前記再拡散した一導電型の不
   純物を前記エピタキシャル層の厚みの半分より上となる
   ような位置まで再度再拡散させ、前記基板表面から上方
   向へ第１の拡散深さd1を持ち、且つ前記基板水平方向に
   も拡散されて第１の幅w1を持つ下拡散層を形成する工
   程、 前記エピタキシャル層表面から前記上下分離領域を形成
   する上拡散層を、前記第１の拡散深さd1より浅い第２の
   拡散深さd2と前記第１の幅w1より小さい第２の幅w2で拡
   散し、前記下拡散層と連結して上下分離領域を形成する
   工程、 前記上下分離領域で囲まれた前記エピタキシャル層の表
   面に、トランジスタの一導電型のベース領域を、前記上
   拡散層の第２の拡散深さd2よりは浅い第３の拡散深さ
   で、且つ前記ベース領域と前記上拡散層との距離L1よ
   り、前記ベース領域と前記下拡散層との距離L2が大きく
   なるように選択拡散する工程とを具備することを特徴と
   する半導体集積回路装置の製造方法。