JPH0727969B2 - 半導体集積回路の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路の製造方法

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JPH0727969B2
JPH0727969B2 JP62179293A JP17929387A JPH0727969B2 JP H0727969 B2 JPH0727969 B2 JP H0727969B2 JP 62179293 A JP62179293 A JP 62179293A JP 17929387 A JP17929387 A JP 17929387A JP H0727969 B2 JPH0727969 B2 JP H0727969B2
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敏幸 大古田
輝夫 田端
行雄 金武
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は高耐圧のリニア素子と高速のIILとを共存させ
た半導体集積回路の製造方法に関する。
(ロ)従来の技術 IIL(Integrated Injection Logic)は高集積密度、低
消費電力のバイポーラ・ロジック素子であり、従来のバ
イポーラ集積回路の製造方法で製造できるので、同一チ
ップ上にIILによるデジタル回路とNPNトランジスタ等に
よるリニア回路とを共存させることが可能である。IIL
とリニアトランジスタとを共存させた場合、その集積回
路の性能を示す1つの目安として、IILの動作速度とリ
ニアトランジスタの耐圧BVCEO(コレクタ・エミッタ間
耐圧)の2点が上げられる。IILの動作速度を上げるに
はエピタキシャル層部分の厚さを薄くする必要がある。
ところがリニア素子の耐圧BVCEOを上げるにはエピタキ
シャル層部分の厚さを厚くするという相反する条件が必
要になる。
そこで例えば特開昭57−164558号公報に記載されている
ように、第2図に示す如き2段エピタキシャル構造が提
案されている。以下にその製造方法を簡単に説明する。
P型基板(1)上に選択的に高濃度のN型不純物拡散を
行い1層目埋込層(2)を形成する。その後気相成長法
により1層目エピタキシャル層(3)を形成し、IILを
形成する領域に選択的にN型の高不純物濃度拡散を行い
2層目の埋込層(4)を形成する。続いて全面にN型の
2層目エピタキシャル層(5)を気相成長法により形成
し、素子間分離を行うべく2層目エピタキシャル層
(5)表面から基板(1)にまで達するP+型の分離領域
(6)を形成する。その後1層目埋込層(2)のみを形
成した領域にNPNトランジスタ()のP型ベース領域
(8)とN+型エミッタ領域(9)及びN+型コレクタ導出
領域(10)を形成し、2層目埋込層(4)を形成した領
域にはIIL(11)のP型インジェクタ領域(12)、P型
ベース領域(13)、N+型コレクタ領域(14)及びN+型コ
ンタクト領域(15)とを形成する。この結果IIL(11
部分のエピタキシャル層の厚さは実効的に薄く、NPNト
ランジスタ()部分のエピタキシャル層の厚さは厚い
という相反する条件が両立する。しかしながら1層目と
2層目のエピタキシャル層(3)(5)の厚みの和はか
なり厚く分離領域(6)の拡散時間が相当長くなるの
で、1層目埋込層(2)の不純物が1層目エピタキシャ
ル層(3)側へしみ出してNPNトランジスタ()の耐
圧劣化を招く。また長時間拡散を行うので分離領域
(6)の横方向拡散も大となり、占有面積の増大を招
く。
この様な欠点を改善する為、第3図に示す如き構造が考
えられる。本構造は分離領域()を上側分離領域(1
6)と下側分離領域(17)とで構成し、両者を連結する
ことで素子間分離を行うもので、1層目エピタキシャル
層(3)表面に下側分離領域(17)を形成するボロン
(B)をデポジットしておき、2層目エピタキシャル層
(15)表面から上側分離領域(16)を拡散すると共に、
この熱工程を利用して前記デポジットした下側分離領域
(17)を上下両方向にドライブインすることによって製
造する。ドライブインした下側拡散層(17)は1層目エ
ピタキシャル層(3)を貫通して基板(1)表面に達す
ると共に、2層目エピタキシャル層(5)側へはその表
面から拡散で形成した上側分離領域(16)と連結するこ
とによって素子間分離を完成する。この構造にすれば、
素子間分離に要する拡散時間が短縮できるので、前記1
層目埋込層(2)のしみ出しが少し、耐圧劣化の度合が
少い。また、上側分離領域(16)の横方向拡散も少いの
で、素子間分離に要する占有面積も少くて済む。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記した製造方法においても上側分離領
域(16)の熱工程を利用して下側分離領域(17)のドラ
イブインを行うので、上側分離領域(16)を2層目エピ
タキシャル層(5)の厚みの少くとも半分以上深く形成
しなければならない。そのため素子間分離に要する占有
面積を更に小さくできない欠点があった。また、1層目
エピタキシャル層(3)を極端に厚くできないので、NP
Nトランジス()の耐圧BVCEOを確保するには2層目エ
ピタキシャル層(5)を極端に薄くできない。しかも2
層目エピタキシャル層(5)をエミッタ、ベース領域
(13)をベース、コレクタ領域(14)をコレクタとする
IILの逆方向インバータNPNトランジスタのベースの不純
物濃度勾配がコレクタからエミッタへと逆方向に傾いて
いる為、より高速のIILが得られない欠点があった。
(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、1層目エピタキ
シャル層(23)表面に2層目埋込層(24)を形成するア
ンチモン(Sb)をデポジットし、さらに下側分離領域
(25)を形成するボロン(B)をイオン注入する工程
と、全面に2層目エピタキシャル層(27)を積層する工
程と、2層目エピタキシャル層(27)表面にIIL(38
のベース領域(28)を形成するボロン(B)をイオン注
入する工程と、基板(21)全体に熱処理を加えて下側分
離領域(25)を上下方向にドライブインすると共に、II
L(38)のベース領域(28)を所定深さにドライブイン
する工程と、2層目エピタキシャル層(27)表面から上
側分離領域(30)を形成して素子間分離を完成させる工
程と、2層目エピタキシャル層(27)表面からP型不純
物とN型不純物を順次拡散して1層目の埋込層(22)の
みを設けた領域にNPNトランジスタ(32)を、2層目埋
込層(24)を設けた領域にはIIL(38)を形成する工程
とを具備することを特徴とする。
(ホ)作用 本発明によれば、あらかじめ基板(21)全体に熱処理を
加えて下側分離領域(25)を上下方向に再拡散させるの
で、素子間分離を完成させるのに残るのは2層目エピタ
キシャル層(27)表面の極く僅かである。そのため、上
側分離領域(30)を浅くして横方向拡散を抑え、素子間
分離に要する占有面積を小さくできる。また、IIL(3
8)のベース領域(28)を低不純物濃度に設定し、上記
熱工程を利用して2層目埋込層(24)に近接するように
深く形成したので、より高速のIILが得られる。
(ヘ)実施例 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。
先ず第1図Aに示す如く、不純物濃度が1014〜1015cm-3
程度のP型シリコン基板(21)の表面に熱酸化膜を形成
した後、熱酸化膜をパターニングして1層目埋込層(2
2)の予定領域を開口し、この熱酸化膜パターンをマス
クとしてアンチモン(Sb)又はヒ素(As)等のN型不純
物を選択的にドープすることによってN+型の1層目埋込
層(22)をデポジットする。
次に第1図Bに示す如く、上記工程で1層目埋込層(2
2)を形成するのに使用した熱酸化膜等を全て除去して
基板(21)表面を露出させ、その上に周知の気相成長法
によって厚さ7乃至9μm、比抵抗ρ=1〜5Ω・cm程
のN型の1層目エピタキシャル層(23)を積層して形成
する。その後1層目エピタキシャル層(23)表面に再度
熱酸化膜パターンを形成し、IIL形成予定領域のみにア
ンチモン(Sb)又はヒ素(As)等のN型不純物をドープ
してN+の2層目埋込層(24)をデポジットし、さらに採
来素子間分離となるべき領域に下側分離領域(25)を形
成するボロン(B)を加速電圧80〜100KeV、ドーズ量10
12〜1013cm-2程でイオン注入する。2層目埋込層(24)
を形成するN型不純物と下側分離領域(25)を形成する
P型不純物の順序は逆になってもかまわない。尚、(2
6)はNPNトランジスタのコレクタ直列抵抗を減じる目的
で設けたコレクタ低抵抗埋込領域である。
続いて第1図Cに示す如く、1層目エピタキシャル層
(23)の全面に周知の気相成長法によって厚さ7乃至9
μm、比抵抗ρ=1〜5Ω・cmのN型の2層目エピタキ
シャル層(27)を積層して形成する。その後2層目エピ
タキシャル層(27)表面のIIL形成予定領域にIILのベー
ス領域(28)を形成するボロン(B)を加速電圧40〜60
KeV、ドーズ量1012〜1013cm-2程度でイオン注入する。
さらにNPNトランジスタ形成予定領域のコレクタ低抵抗
埋込領域(26)に対向する領域にN+型のコレクタ低抵抗
領域(29)を形成するリン(P)をイオン注入する。こ
れらの順序も逆になってかまわない。
そして第1図Dに示す如く、基板(21)全体に約1200
℃、2〜3時間の熱処理を加え、デポジットしておいた
下側分離領域(25)を1層目エピタキシャル層(23)表
面から上下両方向にドライブインする。ドライブインし
た下側分離領域(25)は1層目エピタキシャル層(23)
を貫通して基板(21)表面に達し、上方向へは1層目エ
ピタキシャル層(23)表面から4乃至6μmと2層目エ
ピタキシャル層(27)の厚みの半分又は半分以上深く形
成する。この様に形成しておけば、素子間分離を完成さ
せるのに必要な部分は2層目エピタキシャル層(27)表
面の極く僅かな部分が残るだけである。本工程の熱処理
でIILのベース領域(28)とNPNトランジスタのコレクタ
低抵抗領域(29)は2層目エピタキシャル層(27)表面
から夫々3乃至4μmと4乃至5μmの深さに形成し、
1層目及び2層目埋込層(22)(24)はデポジットした
表面から夫々5乃至7μm及び3乃至5μm程上方向へ
再拡散される。
つぎに第1図Eに示す如く、2層目エピタキシャル層
(27)表面の下側分離領域(25)に対応する領域にP+
の上側分離領域(30)を形成し、下側分離領域(25)と
連結することによって素子間分離を完成させる。素子間
分離の大部分は下側分離領域(25)が占めるので、上側
分離領域(30)の拡散深さは2層目エピタキシャル層
(27)表面から3乃至4μmと従来より浅くできる。そ
の為、上側分離領域(30)の横方向拡散が少いので、素
子間分離に要する2層目エピタキシャル層(27)表面の
占有面積を小さくてできる。
続いて第1図Fに示す如く、2層目エピタキシャル層
(27)表面にマスクとなる熱酸化膜パターンを形成し、
ボロン(B)を選択的に拡散してIILのP型インジェク
タ領域(31)とNPNトランジスタのP型ベース領域(3
2)を形成する。さらに再度熱酸化膜パターンを形成し
てリン(P)等のN型不純物を選択拡散し、IILのN+
コレクタ領域(33)とN+型コンタクト領域(34)、NPN
トランジスタのN+型エミッタ領域(35)を形成する。そ
の後表面酸化膜を開孔してコンタクトホールを設け、周
知の蒸着又はスパッタ法で金属配線層を形成、パターニ
ングすることによって各領域上に電極配線(36)を配設
する。こうして1層目埋込層(22)のみを設けた領域に
リニア素子としてのNPNトランジスタ(37)を、2層目
埋込層(24)を設けた領域にはロジック素子としてのII
L(38)を形成する。(39)は酸化膜である。
斯上した如く形成した本発明の半導体集積回路は、2段
階エピタキシャル構造を採用したので高耐圧のNPNトラ
ンジスタ(37)と高速のIIL(38)とを同一チップ上に
組み込めると共に、IIL(38)を構成する逆方向縦型NPN
トランジスタのベース領域(28)を低不純物濃度で且つ
2層目埋込層(24)に極く近接するように相当深く形成
したので、より高速のIIL(38)が得られる。しかも、
あらかじめ基板(21)全体に熱処理を加えて下側分離領
域(25)のドライブインを行うので、上側分離領域(3
0)の拡散深さを2層目エピタキシャル層(27)の厚み
の半分若しくは半分以下に形成でき、その為2層目エピ
タキシャル層(27)表面における素子間分離の占有面積
を縮小できる。また、上側分離領域(30)では無く下側
拡散領域(25)の熱工程を利用してベース領域(28)の
ドライブインを行うので、低不純物濃度に設定するが由
に深く形成することが困難なベース領域(28)を十分深
くドライブインすることができる。そして更に、下側拡
散領域(25)の熱処理時間は2層目エピタキシャル層
(30)表面における素子間分離の占有面積に制限されな
いので、従来より1層目エピタキシャル層(23)を厚く
且つ2層目エピタキシャル層(27)を薄く形成でき、従
来より高耐圧のNPNトランジス(37)と従来より高速のI
IL(38)との組み合せが可能になる。
尚、下側分離領域(25)の横方向拡散は1層目エピタキ
シャル層(23)表面において最大であり、下側分離領域
(25)頂上の先端部においては最も小さくなると同時
に、2層目エピタキシャル層(27)表面から形成した拡
散領域の底部も横方向拡散が最も小さいので、両者は十
分離間し、下側分離領域(25)が2層目エピタキシャル
層(27)表面における素子間分離の占有面積を上側分離
領域(30)の開口面積より拡大することが無い。
(ト)発明の効果 以上説明した如く、本発明によれば従来より高耐圧のNP
Nトランジスタ(37)と従来より高速のIIL(38)とを組
み合せて同一チップ上に集積化できる利点を有する。ま
た、素子間分離に要する占有面積を縮小できるので、チ
ップサイズを小型化できる利点をも有する。
【図面の簡単な説明】
第1図A乃至第1図Fは夫々本発明を説明する為の断面
図、第2図及び第3図は従来例を説明する為の断面図で
ある。 (21)は基板、(22)は1層目埋込層、(23)は1層目
エピタキシャル層、(24)は2層目埋込層、(25)は下
側分離領域、(27)は2層目エピタキシャル層、(30)
は上側分離領域である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/082

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型半導体基板表面に1層目の埋込層
    を形成する逆導電型の不純物をデポジットする工程と、 前記基板全面に逆導電型の1層目のエピタキシャル層を
    形成する工程と、 前記1層目エピタキシャル層表面のIIL形成予定部に2
    層目の埋込層を形成する逆導電型の不純物をデポジット
    し、素子間分離を行う部分には下側分離領域を形成する
    一導電型の不純物をドープする工程と、 前記1層目エピタキシャル層全面に逆導電型の2層目の
    エピタキシャル層を形成する工程と、 前記2層目エピタキシャル層表面に前記IILのベース領
    域を形成する一導電型の不純物をイオン注入する工程
    と、 前記基板全体を加熱して前記下側分離領域を前記1層目
    エピタキシャル層表面から上下方向に前記基板に達する
    までドライブインすると共に、前記IILのベース領域を
    所定深さまでドライブインする工程と、 前記2層目エピタキシャル層の前記下側分離領域に対応
    する領域に一導電型の上側分離領域を形成し、下側分離
    領域と連結して素子間分離を形成する工程と、 前記2層目エピタキシャル層表面に一導電型の不純物を
    選択的に拡散してIILのインジェクタ領域とリニアトラ
    ンジスタのベース領域を形成する工程と、 前記2層目エピタキシャル層表面に逆導電型の不純物を
    選択的に拡散してIILのコレクタ領域とリニアトランジ
    スタのエミッタ領域を形成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の製造方法。
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