JPS5988871A - High stabilized low voltage integrated circuit surface breakdown diode structure and method of producing same - Google Patents

High stabilized low voltage integrated circuit surface breakdown diode structure and method of producing same

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JPS5988871A
JPS5988871A JP58111793A JP11179383A JPS5988871A JP S5988871 A JPS5988871 A JP S5988871A JP 58111793 A JP58111793 A JP 58111793A JP 11179383 A JP11179383 A JP 11179383A JP S5988871 A JPS5988871 A JP S5988871A
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JP
Japan
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region
type
subsurface
junction
integrated circuit
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JP58111793A
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Japanese (ja)
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ウイリアム・ア−ル・エドワ−ズ・ザ・サ−ド
リチヤ−ド・ア−ル・サンダ−ス
ロバ−ト・イ−・ヒコツクス
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Original Assignee
Burr Brown Research Corp
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Publication date
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  • Bipolar Transistors (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明σ)昔年) こθ)発明に表面下アバランシェ接合部’a: 4+i
iiえたアバランシェダイオード構造体(で、すI]ニ
訂しくに。
[Detailed description of the invention] (Invention σ) Previous year) This θ) Subsurface avalanche joint 'a: 4+i
iii) Revised avalanche diode structure (I).

似寄イ1ギーVパシタンスケ有し1−4つ重くドープさ
れた領域の拡散中に引き起こされろ転位から4Vじ4)
伺随的フ、(′茜漏れ電流ケ伴うことなく非常((低い
アバランシェ又Crまツ」−ナー?17庄を−りえろ表
面下了バランゾエ及びツェナー接合構造体眞関する、モ
ノリシック集Jfi回路技術(旧つ又ハイブリッド集積
回路技術)においては非常に低いアバランシx 11y
 lTr:、ケ持った商安定低頼旨アバランシェ及びツ
ェナーダイオードに対す4)大きな必要性が春作(]】
) ずろ、この441σ)非常に正確ブ〔アバランシェ又は
ツェナーダイオードは+Φ押θ〕精密モノリシック隼積
回路において且つ又ハイブリッド片押1目路において、
47Fに一ディジタル・アナログ変(外器、アナログ・
ディジタル変換器、市川−・周波数変換器、ある(Φの
スイッチング素子のよう′j〔アナログ装置において、
−1−1つ又神tiljのディジタル回路眞ふ9いて電
[1:。
4) From the dislocations caused during the diffusion of the heavily doped region with a similar 1-4V passitance
As a result, the monolithic integrated JFI circuit technology is directly related to the balanzoe and zener junction structure. (formerly known as Tsumata hybrid integrated circuit technology)
4) Great need for avalanche and zener diodes with low commercial stability and low reliability during spring production.
) This 441σ) is very accurate (avalanche or zener diode +Φ push θ) in a precision monolithic stacking circuit and also in a hybrid single push 1st path.
47F has one digital/analog converter (external device, analog/
Digital converter, Ichikawa - Frequency converter, (like switching element of Φ) [In analog equipment,
-1-Tsumatagami tilj's digital circuit.

ツメべらとして使用されている。(ここで指摘しておく
べきことであるが、用語[アバランシェ1及び「ツェナ
ー」はしばしば技術上交換1月能に使用されてオ・量り
、用語「ツェナー」は−1−べてσ)紳類σ)1) 1
1接合逆降伏機構を指すのに一層一般的に使用されてい
るが、しかし、技術的にけツェナー降伏irt雪崩(な
だれ)降伏現象ではな(て機械的な量子トンネル現象で
ある。ここでは、発生する特定の降伏機構はこの発明θ
)tII′f成には無関係であるので、用語[アバラン
シェ」を用いてこの両現象を民営するもσ)とする。)
 残念ながら、アバランシェダイオードにおいて必要ど
される高度σ)安定性及び低雑音ケ得ることは田無であ
り、少なくと(12) も余分の費用と複矧さケ集積回路製造工程に持し)込む
こと7’:c Lには小川−能であった3周知σ)こと
であろか、通常0)モノリシック隼4′8回路素子にお
いては酸化物・シリコンjに界面又はこれ0)近く眞お
けろ紳神の形式0)不、¥+li物及び/又1d結晶欠
陥(・Cよろいわゆる「表面′fJ1象」σ)ために、
(涛11m′及び/又は時間に関して)望ましくない不
安定性が生じ、旧一つ又酸化物・シリコン境界[t11
又附これθ)ごく近くで雪崩現象が起ころ形式のアバラ
ンシェダイオードにオ、)いてはアバランシェ雑音が生
じろ。この不安定性及び雑音ケ克服するためて、酸化物
・シリコン境界領域又にこれの近くで終わらない雪崩(
又はツェナー)世象?接合部分に制限している表面上接
合部を設けろようにしたイ1(神の集オめ回路素子構1
′−4体が提案されている。例えば、米国時d)か42
15806号、第4127859吋、々)−41091
6qs、 第4106048号、m4.1060.43
吋及びa、42os7st−e−u技術状態l・犬体表
しているもσ)と考えら]しろ、しかしt「がら、1)
14記θ)米国時inσ)い−4′;h V開示された
索イも、雪崩形押込(13) み接合部にふτけ4)真如「低し・」逆電用で塵、4)
と考えられろようかもσ)、−′4−なわち約7ボルト
未満の電王ヲJjえろようにドーピングレベルを選択シ
た場合には「通常σ)」眼精回路製造工程に: IA!
i連して用いるのには実際に理想的で・汀ない。
It is used as a claw. (It should be pointed out here that the terms ``avalanche'' and ``zener'' are often used technically interchangeably; the term ``zener'' is -1 - σ) Class σ) 1) 1
It is more commonly used to refer to the one-junction reverse breakdown mechanism, however, technically it is not a Zener breakdown phenomenon (IRT) but rather a mechanical quantum tunneling phenomenon. Here, The specific yield mechanism that occurs is based on this invention θ
) Since it is unrelated to the formation of tII′f, we will use the term [avalanche] to refer to both of these phenomena. )
Unfortunately, it is difficult to obtain the high degree of stability and low noise required in an avalanche diode, and it introduces at least (12) extra cost and complexity into the integrated circuit manufacturing process. 7':c L is Ogawa-Noh's 3 well-known σ), and usually 0) in monolithic Hayabusa 4'8 circuit elements, the oxide/silicon j has an interface or 0) placed exactly near it. God's form 0) Due to non-conformity, ¥+li matter and/or 1d crystal defect (・C error so-called "surface'fJ1 elephant" σ),
Undesirable instabilities (with respect to swell 11m' and/or time) result and the former monochrome oxide-silicon boundary [t11
Also, if an avalanche phenomenon occurs very close to the avalanche diode, avalanche noise will occur. To overcome this instability and noise, a non-terminating avalanche (
Or Zener) worldly phenomenon? I tried to provide surface joints that are limited to the joint parts.
'-4 bodies have been proposed. For example, US time d) or 42
No. 15806, No. 4127859 吋, etc.)-41091
6qs, No. 4106048, m4.1060.43
吋 and a, 42os7st-e-u technical state l・dog body is also considered as σ)], but t'gara, 1)
14 θ) U.S. time in σ) -4'; )
It may be thought that σ), -'4-, that is, if the doping level is chosen to be less than about 7 volts, "normal σ)" in the eye circuit manufacturing process: IA!
It is actually ideal for continuous use and does not stagnate.

例えば、米国特許第4215806号に開示された素子
において(d、(約25ミクロンσ)↑と合部深さに対
して)IP位面積当りおよそ150オームのシート抵抗
を−I−iえるためにベース領域σ)ドーピングレベル
が比較的高く、旧つ(40ボルト程度のBV(iRO電
Lfケ与えろためテ)「コレクタ」領域の深さがおよそ
15ミクロンである場合に幻1分離領域に対す7. (
一般に使用されるもσ)であ7−1)ホウ素ドープ剤の
表面濃度は、雪崩機構をこの米国特許に記載された表面
下n+p+接合部如制限す4)ために(/1j111立
方センチメートル当りほぼ1020原了でなげればなら
ない。こび)米国特許においては5集積回路I/こおり
−ろ神神σ)コレクタ領域ケ分離′14)ためK p十
分前拡散ケ行うθ)と同時て埋込み(〆合部の所望の場
所に特定σ)重くドーグされた(]4) p十領域を拡散させろことによって表面下アバランシェ
接合部が設けられる。次に1通常の拡散工程によってベ
ース領域が形成されて、これに:シリコン表面から普通
の下にあろn−1−1埋込み層」までずっと拡がってい
るその特定の重くドープされたp+領領域」二方部分馨
完全に取り囲むよう眞txる。次に、主題の集積回路の
ほかの場所にトランジスタ用のエミッタが拡散されるの
と同時にその特定の市くドープされたp十領域内にn+
エミッタ領域が形成されろ、 米国特許#’、 4213806号の前述の模造体には
多くの欠点がある1通常のホウ素拡散工程は、露出した
シリコン表面のひどい「ピッティング」を起こすこと、
且つ又表面濃度が1立方センチメートル当り10.原子
の程度である場合には表面転位のh起を含むその仙の表
面損傷を起こすことが長い間知られている。このような
表面損傷及び転位は一般に、p+分離領域に対する後続
の高温拡散「ドライブイン」工程中に月つ又「ベース」
及び「エミッタ」拡散中てシリコン中に深く伝搬す(1
5) ろ。そのようなシリコン結晶構造中深くの欠陥のためて
、形成されたダイオードは回路動作に有害な影響ケ与え
ろような「漏れのある」又は「ソフトな」接合部を有す
ることになる。幾分軽くドープされたベース領域に対し
てUp+r分離」領域の表面濃度を幾分低(してもなお
雪崩現象を表面下領域に制限することができるが、この
場合でさえもp+ホウ素拡散により引き起こされる表面
損傷の有害な影響と表面下ダイオードの安定性及び品質
との妥協ケ計ることは全く困1fiである。
For example, in the device disclosed in U.S. Pat. 7 for the isolation region when the base region σ) doping level is relatively high and the ``collector'' region is approximately 15 microns deep. .(
The commonly used surface concentration of the boron dopant is approximately 1020 per cubic centimeter (7-1) to limit the avalanche mechanism to the subsurface n+p+ junction described in this U.S. patent. In the U.S. patent, 5 integrated circuits I/Kori-ro-Kami-Kami σ) Collector region separation '14) K A subsurface avalanche junction is provided by diffusing a specific σ) heavily doped (]4) p region at the desired location of the region. A base region is then formed by a conventional diffusion process, with the specific heavily doped p+ region extending from the silicon surface all the way down to the underlying n-1-1 buried layer. Make sure to completely surround the two sides. Then, the n+
Once the emitter region is formed, the aforementioned imitation of U.S. Pat.
and the surface concentration is 10. It has long been known that on the atomic scale, they cause surface damage, including the formation of surface dislocations. Such surface damage and dislocations commonly occur during the subsequent high temperature diffusion "drive-in" step to the p+ isolation region.
and propagates deep into silicon during “emitter” diffusion (1
5) Ro. Because of such defects deep within the silicon crystal structure, the resulting diode will have "leaky" or "soft" junctions that can have a detrimental effect on circuit operation. The surface concentration of the Up+r isolation region for a somewhat lightly doped base region can be made somewhat lower (and still limit the avalanche phenomenon to the subsurface region, but even in this case the p+ boron diffusion The compromise between the deleterious effects of the surface damage caused and the stability and quality of the subsurface diode is quite difficult to gauge.

米国特許第4215806号に開示された構造及び方法
を用いて得ろことのできる表面下アバランシェダイオー
ド素子のぎりぎりの品質に加えて、こ)構造には更に1
表面下ダイオードのベース領域の底部からn+「埋込み
層」まで延びたp+領領域部分と関連した「側壁」キャ
パシタンス及びp十領域の底部とn十埋込み層の頂部と
の接合部のキャパシタンスが共に非常に高いという欠点
がある。これら二つの寄生キャパシタンスはn+エミッ
タ拡散領域の底部とp十拡散領域の頂部との(16) 間の表面下アバランシェn +p+接合部の接合キャパ
シタンスと並列であり、従ってこれに加わる。
In addition to the marginal quality of subsurface avalanche diode devices that can be obtained using the structure and method disclosed in U.S. Pat.
Both the "sidewall" capacitance associated with the portion of the p+ region extending from the bottom of the base region of the subsurface diode to the n+ "buried layer" and the capacitance at the junction between the bottom of the p+ region and the top of the n+ buried layer are very large. The disadvantage is that it is expensive. These two parasitic capacitances are parallel to, and therefore add to, the junction capacitance of the subsurface avalanche n+p+ junction between the bottom of the n+ emitter diffusion region and the top of the p+ diffusion region (16).

この全寄生キャパシタンスはアバランシェ接合部自体の
接合キャパシタンスの2倍より太キい。
This total parasitic capacitance is greater than twice the junction capacitance of the avalanche junction itself.

アバランシェ接合部と関係した全キャパシタンスは集積
回路内の電、圧基準として使用されろ場合の゛アバラン
シェ接合部のある種の応用回路装置においては重要では
ないけれども、この寄生キャパシタンスは他の応用装置
においては非常に重要である1例えば、普通の演算増幅
器回路があって。
Although the total capacitance associated with an avalanche junction is not important in some applications where the avalanche junction is used as a voltage reference within an integrated circuit, this parasitic capacitance may be significant in other applications. is very important.For example, there is an ordinary operational amplifier circuit.

この演算増幅器の出力からそれの一方の入力への抵抗性
帰還が帰還抵抗と並列r接続されたアバランシェダイオ
ードによって制限されている。演算増幅器の他方の入力
は接地されているので、演算増幅器の出力は帰還抵抗の
電田がアバランシェダイオードの降伏点まで増大するま
では直線的に上昇する。その後、演算増幅器の出力は7
バランシエ電圧に等しくなる。明らかに、アバランシェ
ダイオ−トノ付加的な寄生キャパシタンスはこの素子の
帯域幅を減小させ、従ってそれσ)高周波数しく17) スボンスを害する。
Resistive feedback from the output of this operational amplifier to one of its inputs is limited by an avalanche diode connected in parallel with the feedback resistor. Since the other input of the operational amplifier is grounded, the output of the operational amplifier rises linearly until the voltage of the feedback resistor increases to the breakdown point of the avalanche diode. Then the output of the operational amplifier is 7
equal to the balancier voltage. Obviously, the additional parasitic capacitance of the avalanche diode reduces the bandwidth of the device and thus impairs it at high frequencies.

更に、主題のp十領域の前述の側壁に沿った接合部分と
、p + n十埋込み層とp十領域との境界に沿った接
合部分とは所望の低電圧高安定アバランシェダイオード
と並列に接続された寄生ダイオードを構成するので1重
いp+ホウ素拡散による損傷から生じた伝搬したシリコ
ン欠陥により引き起こされたこれらの寄生接合部におけ
ろなんらかの「ソフトさ」又は漏れのために所望のアバ
ランシェダイオードの安定性及び低雑音特性が害される
ことがある。
Furthermore, the junctions along the aforementioned sidewalls of the subject p-region and the junctions along the boundary between the p+n-buried layer and the p-region are connected in parallel with the desired low-voltage high-stability avalanche diode. The stability of the desired avalanche diode may be compromised due to some "softness" or leakage in these parasitic junctions caused by propagated silicon defects resulting from damage by heavy p+ boron diffusion. performance and low noise characteristics may be impaired.

要するに、米国特許第4213806号の教示している
のは開示した表面下アバランシェダイオードが代表的な
「表面降伏」ダイオードの場合に遭遇する諸問題を避け
1つ普通の集積回路製造工程に付加的な費用を持ち込む
ことなくそれを達成しているということであるとしても
、事実はその表面下アバランシェダイオードの総合品質
がよ(ないということである、更に、普通の集積回路製
造工程においては、p+「分離」拡散は「臨界的な」(
18) 工程段階であることは考えられていないので、分離拡散
の工程段階゛については通常比較的わずかなプロセス制
御が必要とされろだけでル、って、普通の製造工程の全
費用を軽減している。しかしながら、米国特許第421
6806号において認められることであるが、その構造
1/コ必要とされるp+「分離」拡散については所望の
表面下アバランシェ接合部を得るべき場合には非常に精
密な制御が要求される。従って、以前のゆるい制御によ
る工程段階における精密な制御という形態での「隠され
た」費用が存在し、これは米国特許第4216806号
の構造及び方法が首尾よく使用されろべぎ場合には普通
の集積回路製造工程の費用に加算されなければならない
ものである。
In summary, the teachings of U.S. Pat. No. 4,213,806 demonstrate that the disclosed subsurface avalanche diode avoids the problems encountered with typical "surface breakdown" diodes, adds one to the normal integrated circuit manufacturing process, and Even though this is achieved without introducing any cost, the fact is that the overall quality of the subsurface avalanche diode is not good, and furthermore, in normal integrated circuit manufacturing processes, p+ separation” diffusion is “critical” (
18) Relatively little process control is typically required for the separation-diffusion process step, since it is not considered a process step, reducing the overall cost of a typical manufacturing process. are doing. However, U.S. Pat.
6806, the required p+ "separation" diffusion requires very precise control if the desired subsurface avalanche junction is to be obtained. Therefore, there is a "hidden" cost in the form of precise control over previously loosely controlled process steps, which would be common if the structure and method of U.S. Pat. No. 4,216,806 were successfully used. This must be added to the cost of the integrated circuit manufacturing process.

この表面下アバランシェダイオード構造及び製造方法は
前述の欠点にもかかわらず、単に他の実用的な構造が提
案されていないという理由で、多分今日最も普通に使用
されているものである。例えば、米国特許第41278
59号に示された表面下アバランシェダイオード構造は
、表面下アバラ(19) ンシエダイオードのp形側が重くドープされた損傷乞引
き起こす「分離」拡散工程中に形成されたp+領領域よ
って得られるので米国特許第4215806号に開示さ
れたものと全く同様の欠点に悩んでいろ。
This subsurface avalanche diode structure and manufacturing method, despite the aforementioned drawbacks, is probably the one most commonly used today, simply because no other practical structure has been proposed. For example, U.S. Patent No. 41278
The subsurface avalanche diode structure shown in No. 59 is obtained by subsurface avalanche diode (19) because the p-type side of the avalanche diode is heavily doped and the p+ region formed during the "isolation" diffusion step causes damage. It suffers from exactly the same drawbacks as disclosed in US Pat. No. 4,215,806.

普通のバイポーラ集積回路製造工程の終りに重(ドープ
されたp影領域をイオン注入し、そのさいイオン注入エ
ネルギーを結果として生じる重(ドープされたp影領域
が前に形成された「エミッタ」n十領域の下に配置され
てこれと接するようなものにすることによって表面下ア
バランシェ接合構造を与えろようにした素子が提案され
たとのことである。しかしながら、この方法はいくつか
の理由により実用的ではない。まず、注入によって発生
される表面損傷及び表面シリコンにおける「非晶質性」
をなくするために5且つ又注入されたホウ素原子にシリ
コン格子構造において置換場所を得させろことによって
そのホウ素原子を「活性化する」ために、長時間の高温
アニーリング工程を実施しなければならない。このアニ
ーリング(20) 工程は前に形成されたpn接合部な本質的(/C[ドラ
イブ・イン」し且つ又各pn接合部のすぐ両側における
不純物濃度を低下させ、これにより、達成することσ)
できろ最小降伏電圧な増大させろ。更に、この技術を用
いて、元のバイポーラ集積回路製造工程と関係した特性
に十分に近いようなバイポーラトランジスタ特性ヶ得る
ためには拡散工程に大変更を施すことが必要であろう。
At the end of a typical bipolar integrated circuit fabrication process, a heavy (doped p-shadow region) is ion-implanted, in which the ion implantation energy is applied to the resulting heavy (doped p-shadow region) at the previously formed "emitter" n. It is said that a device has been proposed in which a subsurface avalanche junction structure is provided by placing the device under and in contact with the ten region.However, this method is not practical for several reasons. First, the surface damage caused by implantation and the “amorphousness” in the surface silicon
5 and also a long high temperature annealing step must be performed to "activate" the implanted boron atoms by allowing them to take up replacement sites in the silicon lattice structure. This annealing (20) step essentially drives in the previously formed pn junctions and also reduces the impurity concentration immediately on either side of each pn junction, thereby achieving )
If possible, increase the minimum breakdown voltage. Furthermore, using this technique, major changes to the diffusion process may be required to obtain bipolar transistor characteristics that are sufficiently close to those associated with the original bipolar integrated circuit fabrication process.

技術に通じた者が容易に認めろように、完全に満足なバ
イポーラ集積回路製造工程に到達することは著しく容易
な事柄ではなく、又−たん達成されろと、それに重大な
変更を施さなければならないということは極めて望まし
くないことであるつ それゆえ、高安定表面下アバランシェダイオード構造体
、及び普通のバイポーラ集積回路製造方法と高度に両立
性があり且つ最小の寄生キャパシタンスを有する比較的
低電圧、低雑音のアバランシェl−tツェナーダイオー
ドに対する要求は満たされないままである。
As those skilled in the art will readily recognize, arriving at a completely satisfactory bipolar integrated circuit manufacturing process is not a particularly easy matter, and significant changes must be made to it just to be achieved. This is highly undesirable and therefore highly stable subsurface avalanche diode structures and relatively low voltage, low The need for noisy avalanche lt Zener diodes remains unmet.

従って、この発明の目的は、普通のバイポーラ(21) 集積回路製造方法と高度に両立性のある改良形表面下降
伏ダイオードを与えろことである。
It is therefore an object of this invention to provide an improved subsurface breakdown diode that is highly compatible with conventional bipolar (21) integrated circuit fabrication methods.

この発明の別の目的は、製造工程中に最終集積回路のシ
リコンにおいて受は入れないほど大量の表面下損傷及び
/又は転位を発生しt、cいような。
Another object of the invention is to generate an unacceptable amount of subsurface damage and/or dislocations in the silicon of the final integrated circuit during the manufacturing process.

非常に低い電子雪崩又はツェナー降伏室[E’&有する
改良形表面下集積回路アバランシェ又はツェナーダイオ
ードを与えることである。
It is an object of the present invention to provide an improved subsurface integrated circuit avalanche or Zener diode with a very low electron avalanche or Zener breakdown chamber [E'&.

この発明の別の目的は、p形基板、n形エピタキシャル
「コレクタ」領域、p+「分離」拡散領域、比較的軽く
ドープされたp形「ベース」領域及び比較的重くドープ
されたn+形「エミッタ」領域の形成を含む普通のバイ
ポーラ集積回路製造方法によって作られる表面下ダイオ
ードにおいて、可能な最低の電子雪崩又はツェナー降伏
電圧を与えろことである。
Another object of the invention is to provide a p-type substrate, an n-type epitaxial "collector" region, a p+ "isolation" diffusion region, a relatively lightly doped p-type "base" region and a relatively heavily doped n+-type "emitter" region. The objective is to provide the lowest possible electron avalanche or Zener breakdown voltage in subsurface diodes made by conventional bipolar integrated circuit fabrication methods, including the formation of "regions."

この発明の別の目的は、普通のバイポーラ集積回路構造
体において、既存の工程手順に極めてわずかの変更乞施
すだけで済み且つ集積回路のほかの場所にあるトランジ
スタ及びダイオードの重要(22) な素子特性に実質上影響ケ与えないような表面下アバラ
ンシェ又はツェナーダイオード構造体及ヒ製造方法を右
えろことである。
Another object of the present invention is that in common bipolar integrated circuit structures, the critical (22) elements of transistors and diodes located elsewhere in the integrated circuit can be removed with very little modification to existing process procedures. It is desirable to find a subsurface avalanche or Zener diode structure and method of fabrication that does not substantially affect its performance.

この発明の別の目的は、付随して生じる寄生キャパシタ
ンス及び接合部型5流が低く“なろような集積回路表面
下アバランシェ又はツェナーダイオード構造体及び製造
方法ヲ与えることである。
Another object of the present invention is to provide an integrated circuit subsurface avalanche or Zener diode structure and method of manufacture that has low associated parasitic capacitance and low junction currents.

(発明σ)要約) この発明の一実施例に従って簡単に述べろと、この発明
は高安定低電圧集積回路表面下アバランシェ又はツェナ
ーダイオード構造体及びこれの製造方法ケ与えろもので
あって、この構造体は、軽くドープされたp形基板、比
較的軽くドープされたn形層であって、これの上面から
p形基板まで延びている複数の深い重くドープされたp
十分離領域によって電気的分離領域中に分離されている
n形層2分離n形領域の第1のものに配置され且つこれ
の上面まで延びているp形「ベース」領域。
(Invention σ) Summary) To briefly describe an embodiment of the present invention, the present invention provides a highly stable low voltage integrated circuit subsurface avalanche or Zener diode structure and a method for manufacturing the same. The body includes a lightly doped p-type substrate, a relatively lightly doped n-type layer, and a plurality of deep heavily doped p-type layers extending from the top surface of this to the p-type substrate.
a p-type "base" region disposed on and extending to the top surface of the first of the two n-type regions;

p形「ベース」領域に配置され且つこれの上面まで延び
ている重くドープされたn−1−「エミッタ」(23) 領域、及びn十形「エミッタ」領域の下でこれと隣接し
月つこれによって完全に範囲を定められているp形「ベ
ース」領域に配置された重くドープされたp土表面下領
域からなっていて、p土表面下領域にn −1−「エミ
ッタ」領域との間には完全表面下p−1−n+接合部が
存在するが、これt、4 p形基板には達していない、
、p土表面下領域と側方で同じ広がり?持っているn十
形「エミッタ」領域の部分はn−4−(−エミッタ」領
域の周辺部分よりも低い正味n形のドーピングレベルを
有しているうp十〇十接合部の両側におけろ多数キャリ
ヤ不純物濃度はp形「ベース」領域における多数ギヤリ
ヤ不純物濃度より相当に高くなっており、このために、
n十形「エミッタ」領域とp形[ベース1領域とによっ
て形成されたダイオードにおけろ電子雪崩又はツェナー
降伏が表面下p+n十接合接合部限されてダイオードに
おける雑音及び413’、気菌不安定性が避けられろ。
A heavily doped n-1-'emitter' (23) region disposed in and extending to the top surface of the p-type 'base' region, and adjacent below and adjacent to the n-type 'emitter' region. This consists of a heavily doped p-soil subsurface region disposed in a completely delimited p-type "base" region, with an n-1- "emitter" region in the p-soil subsurface region. There is a fully subsurface p-1-n+ junction between t,4, which does not reach the p-type substrate,
, the same extent laterally as the p-soil subsurface area? The portions of the n-type "emitter" region that have a lower net n-type doping level than the surrounding portions of the n-4-(-emitter) regions on both sides of the p-100 junction The majority carrier impurity concentration is significantly higher than the majority gear impurity concentration in the p-type "base" region, so that
In a diode formed by an n-type "emitter" region and a p-type base region, electron avalanche or Zener breakdown is confined to the subsurface p+n junction junction, resulting in noise and 413', pneumatic instability in the diode. can be avoided.

この発明の既述の実施例においては、p形「ベース」領
域(及び製造中の集積回路における他のベース領域)の
側方範囲を決(24) 定するための第1開口部が第1の上側にある酸化物層に
形成された後、集積回路の表面にレジストのW1層が形
成され、そしてこれにはp土表面下領域の側方範囲乞決
定するための第2開口部が形成されろ。第10形領域の
部分の表面には1/シストの第2開口部を通して大量の
p形イオンが注入されろが、そのさいレジストはイオン
に対するマスクとして作用する。次にレジストが除去さ
れ。
In the described embodiments of the invention, the first opening for defining (24) the lateral extent of the p-type "base" region (and other base regions in the integrated circuit being fabricated) is After forming the overlying oxide layer, a W1 layer of resist is formed on the surface of the integrated circuit, and a second opening is formed therein to define the lateral extent of the subsurface region. Be it. A large amount of p-type ions are implanted into the surface of the 10th type region through the second opening of 1/cyst, with the resist acting as a mask for the ions. Next, the resist is removed.

第1開ロ部ケ通してシリコン表面が露出する。、露出し
たシリコン表面には周囲の酸化物層をマスクとして機能
させてより軽い濃度のイオン注入段階によって又は外の
普通の拡散工程によってp形イオンの「予備付着」層が
形成されろっ集積回路乞所定の第1高温度に第1所定時
間の間加熱してp形「ベース」領域を第1分離n+膨頭
域中に拡散させるようにすることによって「ドライブイ
ン」撚数段階が行われろ。
The silicon surface is exposed through the first opening. A "pre-deposition" layer of p-type ions is formed on the exposed silicon surface by a lighter concentration ion implantation step, with the surrounding oxide layer acting as a mask, or by a conventional diffusion process outside the integrated circuit. A "drive-in" twist step is performed by heating to a first predetermined elevated temperature for a first predetermined period of time to cause the p-type "base" region to diffuse into the first separated n+ bulge region. .

この発明の既述の実施例においては、所定の第1高温度
及び第1所定時間は、所定のトランジスタ特性及び/又
は外の素子特性(例えば拡散形抵(25) 抗器特性)を発生させるべき所定の「普通の」バイポー
ラ集積回路製造操作のために選ばれたものである。
In the described embodiments of the invention, the predetermined first elevated temperature and the first predetermined time period produce predetermined transistor characteristics and/or other device characteristics (e.g. diffused resistor characteristics). was chosen for a given "normal" bipolar integrated circuit manufacturing operation.

「ドライブインコ拡散段階が行われた後、結果として得
られた構造体には集積回路の表面から第10形分離領域
中へ延びた重くドープされたp+注入領域が生じている
。この重くドープされたp十領域は側方において、はる
かに軽くドープされたp形ペース領域によって取り囲ま
れ且つこれに隣接している。重くドープされたp十形注
入領域に(周囲のp影領域におけるよりもp十注入領域
におけるp形不純物濃度の方がはるかに高いので)p影
領域の周囲の部分の底部のわずかに下に広がっている。
"After the drive-in co-diffusion step is performed, the resulting structure has a heavily doped p+ implant region extending from the surface of the integrated circuit into the type 10 isolation region. The p-type region is laterally surrounded and adjoined by a much more lightly doped p-type space region. Since the p-type impurity concentration in the implanted region is much higher), it extends slightly below the bottom of the peripheral part of the p-shadow region.

集積回路には次に第2酸化物層が形成され、そしてこれ
にはn十形「エミッタ」領域の側方範囲を決定するため
VC第5開口部が形成されろ。この第6開ロ部はp十形
注入領域の範囲ケ定め且つそれを取り囲んでいろ。次に
n+拡散段階が行われて、非常に重くドープされたn十
形「エミッタ」(26) 領域が形成される。このロ+不純物濃度はp十形注入領
域のp十不純物濃度よりも相当に高いので、その領域の
」二方部分をn十形材料に変換するが。
The integrated circuit is then formed with a second oxide layer, in which a VC fifth opening is formed to define the lateral extent of the n+-type "emitter" region. This sixth aperture delimits and surrounds the p-type implant region. An n+ diffusion step is then performed to form a very heavily doped n+ "emitter" (26) region. Since this R + impurity concentration is considerably higher than the P + impurity concentration in the P + type implanted region, the two-way portion of that region is converted to n + type material.

p十形注入領域の下方部分はn十形のままであって、前
述の「n十形表面下領域」を構成する。集積回路のほか
の場所IC形成されたトランジスタの電気的特性Fi第
10形領域にp土表面下領域ケ形成するのに必要とされ
ろ工程変更によってはほとんど変更されない。n十形「
エミッタ」領域とn十形表面下領域との間のp+n十表
面下接合部の両側のp十及びn十不純物濃度が非常に高
いので、所望のように非常に低い電子雪崩(又はツェナ
ー)亀子が得られろ。
The lower portion of the p-type implanted region remains n-type and constitutes the aforementioned "n-type subsurface region." Elsewhere in the integrated circuit, the electrical characteristics of IC-formed transistors are largely unaltered by the process changes required to form the P-type subsurface region in the Fi-10 region. n ten form
Since the p+ and n+ impurity concentrations on both sides of the p+n subsurface junction between the emitter region and the n+ subsurface region are very high, a very low electron avalanche (or zener) can be achieved as desired. You can get it.

(発明の説明) この発明はあるいは第5図を参照して完成した表面下ア
バランシェダイオードの構造を最初に説明することによ
って最もよく理解することができるかもしれない、、第
5図は5後に説明する製造工程における最後の操作の完
了後のこの発明による集積回路構造を示す部分的透視断
面図である。第(27) 5図においては酸化物開口部を切断する段階及び表向下
アバランシェダイオード20のアノード(陽極)とカソ
ード(陰極)とに金属化接続部を設ける段階が簡単化の
ために省略されていることに注意せよ。これらの段階は
集積回路製造技術上全く普通のものであってこの発明の
一部分ケ形成しlkい。
DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention may be best understood by first describing the structure of a completed subsurface avalanche diode with reference to FIG. 1 is a partially perspective cross-sectional view of an integrated circuit structure according to the present invention after completion of the last operation in a manufacturing process; FIG. (27) In FIG. 5, the steps of cutting the oxide opening and providing metallized connections to the anode and cathode of the surface-bottom avalanche diode 20 are omitted for simplicity. Note that These steps are completely conventional in the art of integrated circuit manufacturing and form part of this invention.

第5図において、集積回路構造体10け軽くドープされ
たp形基板5を備えており、これは典型的vcr6.約
15ミル(3,8X10−2cnT)の厚さにすればよ
い。基板5の上面には比較的軽くドープされたn形エピ
タキシャル層6が配置されている、n形層乙の上面から
p形基板5まで延びた複数の重くドープされたp形分離
拡散領域1はろAのような複数の電気的に分離されたn
影領域を形成している。(察知されろはずであるが、第
5図に示したもの以外の紳柿の分離n影領域には棟神の
縦方向n p n トランジスタ、横方向pnpトラン
ジスタ、拡散形抵抗器を形成することができる。そのよ
うな分離n影領域は以下においては「コレン(28) り1領域と呼ばれろ。しかしながら、ごくしばしば、普
通Eエミッタ」領域と呼ばれろ重くドープされた0七領
域がp形「ベース」領域中に拡散されて縦方向npnト
ランジスタのエミッタを形成する。前述の構造のすべて
はバイポーラ集積回路技術においては全く普通のことで
ある。)この発明に従って、第5図に符号20で総括的
に示された表面下アバランシェダイオードrrin形分
離領域3AK設けられている。表面下ダイオード20に
はp+n+接合部29があるが、これはn形層6の上面
6′の完全に下に存在している9表面上アバランシェダ
イオード200カソードは重くドープされたn十周辺領
域27′からなっており5これは後に説明するように全
n−)−「エミッタ」領域の一部分である。周辺領域2
7′にエミッタ領域27の内方領域27”と隣接してこ
れの側面乞完全に包囲している1表向下アバランシェダ
イオード20は重くドープされたp土表面下領域19“
を有しているが、これは第5図に符号18で総括的に示
されたp形「ベース」偵域に含まれていてこれ(29) の一部分と考えろことができろ。(察知されるはずであ
るが、p影領域18は、やはり集積回路構造体のほかの
場所((トランジスタル形ベース領域のすべてを形成す
るのに使用されるp形拡散段階中に形成されるので、こ
こでは単冗「ベース」領域と呼ばれている。同様に、符
号27で示されたn十領域は、集積回路構造体のほかの
場所に形成されたnpnトランジスタのn+エミッタを
製作するのと同じ拡散段階中に形成されるので、ここで
は単に「エミッタ」領域と呼ばれている。このような呼
び方は技術に通じた者によって一般に用いられているの
で、ここで用いても容易に理解されろであろう。) この発明によれば、領域27“におけるn形不純物キャ
リヤの濃度は典型的((は1立方センチメートル当りお
よそ10 原子であるr、領域19“におけるp+不純
物の濃度は典型的には1立方センチメートル当り101
9ないし1020原子の範囲にあるが、領域19“にお
ける代表的な値は、表面下振合部29の電子雪崩(なだ
れ)又はツェナー降伏(30) πThEf、が約6.5ボルトであるべきことが望ま」
tろ場合にに゛11立方センチートル当り約4×101
9になるであろう、接合部29に隣接した領域19〃に
おけるp+不純物の一度が低ければ5表面下アバランシ
ェダイオード20の電子雪崩降伏雷c=カ増大すること
に7にろう、 代表的な集積回路製造工程においては、ベース領域IE
L7)シート抵抗は、それぞれ1立方センチメートル当
り7×1018ないしlX1019の範囲内におけろp
形不純物謎度に対応して、約15ミクロンの接合部深さ
に対して単位面積当り150ないし250オームになる
であろう。ベース領域18におけるp形不純物一度の値
が高ければ、エミッタ領域・ベース領域間電子雪崩又は
ツェナー降伏電圧は低くなるである。通常、このエミッ
タ・ベース間降伏電圧は符号61で示された表面点で発
生′fろ傾向があり且つ前に述べた不安定性を受けやす
いものと思われろ。しかしながら、表面下p十領域19
“が存在して、これのp形不純物痰度がベース領域18
の領域19A′のどこにおける(3]) よりも相当に高ければ、p−1−n+接合部29IC&
つての降伏電FEは表面点51におけるよりも相当に低
くなる。
In FIG. 5, an integrated circuit structure 10 comprises a lightly doped p-type substrate 5, which is typical of a typical VCR6. It may be approximately 15 mils (3.8 x 10 -2 cnT) thick. A plurality of heavily doped p-type isolation diffusion regions 1 extend from the top surface of the n-type layer B to the p-type substrate 5, with a relatively lightly doped n-type epitaxial layer 6 disposed on the top surface of the substrate 5. Multiple electrically isolated n such as A
It forms a shadow area. (As you should have noticed, in the separate n-shaded regions of Shingaki other than those shown in Fig. 5, vertical n p n transistors, horizontal pn p transistors, and diffused resistors are formed in the mungagami. Such a separate n-shade region will be referred to below as a ``collone (28) region''. However, more often than not, it will be referred to as a ``E emitter'' region. (all of the foregoing structures are quite common in bipolar integrated circuit technology), generally designated 20 in FIG. A subsurface avalanche diode rrin type isolation region 3AK is provided as shown in FIG. The subsurface diode 20 has a p+n+ junction 29, which lies completely below the top surface 6' of the n-type layer 6.9 On-surface avalanche diode 200 The cathode has a heavily doped n+ peripheral region 27 5, which is part of the total n-)-"emitter" region, as will be explained later. Peripheral area 2
A subsurface avalanche diode 20 adjoining and completely surrounding the inner region 27'' of the emitter region 27 at 7' has a heavily doped p-soil subsurface region 19''.
This is included in the P-type ``base'' reconnaissance area, generally indicated by the numeral 18 in Figure 5, and can be thought of as part of this (29). (It should be appreciated that p-shadow region 18 is also formed elsewhere in the integrated circuit structure (during the p-type diffusion step used to form all of the transistor-shaped base regions). Similarly, the n+ region, designated 27, fabricates the n+ emitter of an npn transistor formed elsewhere in the integrated circuit structure. is formed during the same diffusion step as the ``emitter'' region, and is therefore referred to here simply as the ``emitter'' region. Such designation is commonly used by those skilled in the art, so it is easy to use it here. According to the invention, the concentration of n-type impurity carriers in region 27" is typically approximately 10 atoms per cubic centimeter, and the concentration of p+ impurity in region 19" is Typically 101 per cubic centimeter
Although in the range of 9 to 1020 atoms, a typical value in region 19'' is that the electron avalanche or Zener breakdown (30) πThEf of the subsurface vibration region 29 should be about 6.5 volts. is desired.”
Approximately 4 x 101 per 11 cubic centimeters
If the p+ impurity in the region 19 adjacent to the junction 29 is low, the electron avalanche breakdown of the subsurface avalanche diode 20 will increase to 7, which will be 9, a typical integration. In the circuit manufacturing process, the base area IE
L7) The sheet resistance should be within the range of 7 x 1018 to 1 x 1019 per cubic centimeter, respectively.
Depending on the shape impurity degree, it will be 150 to 250 ohms per unit area for a junction depth of about 15 microns. The higher the value of p-type impurity in the base region 18, the lower the electron avalanche or Zener breakdown voltage between the emitter region and the base region. Normally, this emitter-base breakdown voltage would tend to occur at the surface point indicated at 61 and would be susceptible to the instability described above. However, the subsurface p-domain 19
" exists, and the p-type impurity sputum content of this is base region 18
(3) anywhere in the region 19A', the p-1-n+ junction 29IC&
The breakdown electric potential FE at the surface point 51 is considerably lower than at the surface point 51.

一層明らかになるように、後に説明するこの発明の製造
方法は表面下p + n+接合部29の電子雪崩降伏市
川が、最も普通の従来技術の表面下アバランシェ又はツ
ェナーダイオード構造体の特徴を示している第6図にお
けろ29′のような従来技術の表面下アバランシェダイ
オード接合部について(過度の表面損傷を伴わないで)
実際に得られろよりも相当に低くなること乞可能にする
As will become more apparent, the fabrication method of the present invention, described below, allows the electronic avalanche breakdown of the subsurface p+n+ junction 29 to be consistent with the characteristics of most common prior art subsurface avalanche or Zener diode structures. For prior art subsurface avalanche diode junctions such as 29' in Figure 6 (without excessive surface damage)
Allowing you to get considerably less than you would actually get.

第5図に示した表面下アバランシェ又(1ツ工ナーダイ
オード格造体の最も近い従来技術のものに対する利点を
詳細に説明する前に、第5図に示した構造体についての
製造方法化まず詳細に理解することが有効であろう。次
にこの製造方法を第1図ないし第4図を参照して説明し
、又この発明のものと従来技術のものとの製造方法の差
異についても説明する。
Before describing in detail the advantages of the subsurface avalanche or single-channel diode structure shown in FIG. It will be useful to understand this in detail.This manufacturing method will now be explained with reference to Figures 1 to 4, and the differences between the manufacturing methods of the present invention and those of the prior art will also be explained. do.

今度は第1図を見ると、p十分離拡散部1が形(32) 成された後の集積回路構造体10が示されている。Now looking at Figure 1, the p-sufficiently separated diffusion region 1 has the shape (32) Integrated circuit structure 10 is shown after it has been completed.

p十分離拡散部1の拡散工程に対する表面不純物一度N
5はこの発明の方法では非臨界的なパラメータであって
、典型的にはどこでも1立方センチメートル当り101
9ないし1020原子の範囲内にある。任意の深いp+
分離拡散におけろように、p形キャリヤの濃度はその最
初の表面値N3から急速に低下する。技術に通じた者が
察知するであろうように2この表面濃度が非臨界的tc
製造上のパラメータであるということは、表面下アバラ
ンシェダイオードを作るための前述の従来技術の方法如
対して要求されるように、Nsが臨界的なパラメータで
あったとした場合に比べて製造工程を精密に判断する費
用な軽減するものである、これに対比して、前述の米国
特許第4215806号及び第4127859号におい
て必要とされる対応するp十分熱拡散段階は、第6図に
示した従来技術の構造体のn−1−p+接合部29′の
ような接合部に渚って7ボルトのような低い電子雪崩電
EY得ろためには1立方センチメートル当り約ろX10
20(33) 原子という高い表面6度Nsを必要とする。技術に通じ
た者は知っていることであるが、(大抵の普通の集積回
路製造方法において分離領域及びベース領域乞形成する
のに使用されろ)ホウ素拡散についてのそのような高い
表面濃度は、長年集積回路産業界を悩ませてきた重大な
表面「ピッティング」の問題7引き起こす。p十分離拡
散に対する前述の高表面一度は又第6図の従来技術の構
造体におけろn形エピタキシャル層5Aの表Wi 5“
においてシリコンの重大な転位を誘起する。分離領域1
′がn影領域を通してp子基板まで拡散させられる次の
ドライブイン段階中K、この転位はn影領域3A中化伝
搬して、第6図の究極的に形成されたダイオード接合部
29’、55及び67は、温度依存性が高く且つ究極的
に形成された表面下アバランシェ接合ダイオードの電気
的特性に望まれないドリフl’引き起こす非常に望まし
くない漏れ電流を有することになる。従って、表面損傷
のレベルが高(、従って歩留りが低く且つ不安定性が高
いために、約7ボルトよりはるかに低い降伏(34) 電圧を有″t7)表面下了バランシエダイオード接合部
として第6図の構造体を使用することはむしろ望ましく
ない。
The surface impurity once N for the diffusion process of the p-sufficient diffusion part 1
5 is a non-critical parameter in the method of this invention, typically 101 per cubic centimeter everywhere.
In the range of 9 to 1020 atoms. arbitrary deep p+
As in separation diffusion, the concentration of p-type carriers decreases rapidly from its initial surface value N3. As those skilled in the art will appreciate, 2 this surface concentration is non-critical tc.
Being a manufacturing parameter reduces the manufacturing process compared to if Ns were a critical parameter, as required for the aforementioned prior art methods for making subsurface avalanche diodes. In contrast, the corresponding p-sufficient thermal diffusion step required in the aforementioned U.S. Pat. In order to obtain an electron avalanche of electricity as low as 7 volts at a junction such as the n-1-p+ junction 29' of a technical structure, approximately X10 per cubic centimeter is required.
It requires a high surface 6 degree Ns of 20 (33) atoms. As those skilled in the art know, such high surface concentrations for boron diffusion (used to form isolation and base regions in most conventional integrated circuit fabrication methods) This creates a serious surface "pitting" problem that has plagued the integrated circuit industry for many years. The above-mentioned high surface for p-sufficient diffusion is also used in the prior art structure of FIG.
induces significant dislocations in silicon. Separation area 1
During the next drive-in step in which K' is diffused through the n-shaded region to the p-substrate, this dislocation propagates into the n-shaded region 3A, resulting in the ultimately formed diode junction 29' of FIG. 55 and 67 will have very undesirable leakage currents that are highly temperature dependent and ultimately cause undesired drift l' in the electrical characteristics of the formed subsurface avalanche junction diode. Therefore, the level of surface damage is high (and therefore has a breakdown (34) voltage much lower than about 7 volts due to low yield and high instability). It is rather undesirable to use diagram structures.

再び第1図に戻って、分離拡散部1が形成された後、こ
の発明の製造方法Jdn形エピタキシャル層5の」二面
6′に形成されている二酸化シリコン層9に開口部7を
作って、コレクタ領域ろAの而3′の領域16′ヲ^出
させろことによって「ベース」領域1B(第5図)の側
方範囲を規定する段階を含んでいろっ開口部7は集積構
造体のはかσ)場所に形成されろnpn)ランジスタに
対して「ベース開口部」(図示せず)が形成されるのと
同時に形成されろ。
Returning to FIG. 1 again, after the isolation diffusion part 1 is formed, an opening 7 is made in the silicon dioxide layer 9 formed on the second surface 6' of the Jdn type epitaxial layer 5 according to the manufacturing method of the present invention. , the opening 7 of the integrated structure includes the step of defining the lateral extent of the "base" region 1B (FIG. 5) by exposing the region 16' of the collector region 3' of the collector region A. The base opening (not shown) is formed at the same time as the "base opening" (not shown) is formed for the transistor.

今度は第2図について述べるが、この発明の方法におけ
ろ次の段階は集積回路構造体10の上面全体に代表的な
ホトレジストの層11(これは約1ミクロンの厚さにす
ればよい)ケ付着させてイオン注入マスクとして機能さ
せろことである。次に前述の「ベース開口部17内の中
心位置にお〜・てホトレジスト層11に開口部15を作
って表面(35) 5Qr>領域1677露出させる。次冗、標準のイオン
注入装置及び手順な用いて、矢印17で示したように開
口部15を通して面15′にp十領域18が注入される
が、この矢印はホウ素原子による上面全体のボンバード
7表わすものであり、これによって第2図に符号19で
示したp+領領域形成される。この発明の既述の構成例
においては究極的に形成された表面下アバランシェ接合
部29(第5図)で約6.5ボルトの電子雪崩降伏電王
馨得ることが望まれているが、この場合には領域190
表面濃度は1立方センチメートル当り約4 X 101
9原子である。使用されたイオンエネルギー(1約50
keVである。しかしながら、領域19の不純物濃度は
1立方センチメートル当り1×10 ないしI X 1
020原子の範囲内にすることがでとる。
Referring now to FIG. 2, the next step in the method of the invention is to cover the entire top surface of integrated circuit structure 10 with a typical layer 11 of photoresist (which may be about 1 micron thick). The idea is to attach it and make it function as an ion implantation mask. Next, create an opening 15 in the photoresist layer 11 at the center position within the base opening 17 to expose the surface (35) region 1677. 2, a p-domain 18 is implanted into the surface 15' through the opening 15, as shown by the arrow 17, which represents the bombardment 7 of the entire top surface with boron atoms, which results in the bombardment 7 shown in FIG. A p+ region designated by the reference numeral 19 is formed.In the previously described configuration example of the present invention, an electron avalanche breakdown voltage of about 6.5 volts is generated at the ultimately formed subsurface avalanche junction 29 (FIG. 5). In this case, the region 190
Surface concentration is approximately 4 x 101 per cubic centimeter
It has 9 atoms. The ion energy used (1 approx. 50
keV. However, the impurity concentration in region 19 is between 1×10 and I×1 per cubic centimeter.
This can be achieved by keeping it within the range of 020 atoms.

今度は第5図について述べろが、この製造方法の次の段
階はホトレジスト層11Y除去して表面領域15全体を
酸化物開口部7を通して旌出させることである。表面領
域15′も熱論露出したままである。次に、矢印21で
示したように、集積口(36) 路構造体10は再びホウ素イオンによってボンバードさ
れて、p+領域19を取り囲む面1ろの餌出部分にp影
領域19Aが注入される。領域19Aの表面濃度は集積
回路のほかの場所に形成中の縦方向npnトランジスタ
のベース領域の所望の抵抗率又はシート抵抗に依存する
が、典型的には1立方センチツートル当り約7×10 
ないし1×1019原子の間で変化することかできろ。
Referring now to FIG. 5, the next step in the fabrication process is to remove the photoresist layer 11Y and extrude the entire surface area 15 through the oxide opening 7. Surface area 15' also remains thermally exposed. Next, as indicated by the arrow 21, the collection port (36) channel structure 10 is again bombarded with boron ions, and the p shadow region 19A is implanted into the feeding portion of the surface 1 surrounding the p+ region 19. . The surface concentration of region 19A depends on the desired resistivity or sheet resistance of the base region of the vertical npn transistor being formed elsewhere in the integrated circuit, but is typically about 7 x 10 per cubic centimeter.
It can vary between 1 and 1019 atoms.

このイオンボンバードは領1di9Aにおけるp形不純
物lL度を幾分増大させるが、領域19におけろ既に非
常に高し・ドーピングレベルにはほとんど相対的′/:
(影響な与えたい。
This ion bombardment somewhat increases the p-type impurity level in region 1di9A, but is almost relative to the already very high doping level in region 19:
(I want to make an impact.

今度は第4図について述べるが、この発明の製造方法に
おける次σ)段階は集積回路構造体10を高い温度(代
表的にはセ氏1100度)((十分長い時間(代表的i
’]d2時間)置いて領域19及び19Ay「ドライブ
イン」シ、これにより第4図に示したように比較的深い
領域19′及び19A’4生じさせろ。領域19A′が
形成されるのと同時に。
Referring now to FIG. 4, the next step in the manufacturing method of the present invention is to heat the integrated circuit structure 10 at a high temperature (typically 1100 degrees Celsius) for a sufficiently long period of time (typically i
']d2 time) to "drive in" areas 19 and 19Ay, thereby creating relatively deep areas 19' and 19A'4 as shown in FIG. At the same time as region 19A' is formed.

この集積回路構造体のほかの場所においては縦刃(37
) 向n p n )ランジスタのベース領域も形成されろ
Elsewhere in this integrated circuit structure, vertical blades (37
) direction n p n ) The base region of the transistor is also formed.

領域19八′の深さはこの発明の既述の構成例において
は約2.5ミクロンである、 今度は第5図について述べるが、この製造方法における
次の段階は露出したシリコン表面領域上に熱酸化物層2
6を形成し、これに「エミッタ開口部」25をエツチン
グして、n+「エミッタ」領域27に拡散を行うことで
ある。酸化物開口部25は領域19′と上面6′との交
わり35ケ完全に取り囲み且つこれから隔てられている
っそれゆえ、エミッタ領域27は、1立方センチメート
ル当り約1020原子の表面濃度ン有する周辺部分27
′と、幾分低い「正味」n形の不純物濃度を有する内方
部分27“とからなっているが、この内方部分において
はp形不純物濃度がベース領域18の残りの部分におけ
るよりも最初はるかに高かったのでそのような不純物濃
度になっているのである。、第5図のn+jJt域27
“における低い不純物濃度は典型的に(ま1立方センチ
メートル当り7×1019原子の程度であればよい。
The depth of region 198' is approximately 2.5 microns in the described embodiment of the invention.Referring now to FIG. Thermal oxide layer 2
6, etching an "emitter opening" 25 therein and diffusing into the n+ "emitter" region 27. Oxide opening 25 completely surrounds and is separated from the intersection 35 of region 19' and top surface 6'; therefore, emitter region 27 has peripheral portion 27 having a surface concentration of approximately 1020 atoms per cubic centimeter.
' and an inner portion 27'' having a somewhat lower "net" n-type impurity concentration, in which the p-type impurity concentration is initially lower than in the remainder of the base region 18. The impurity concentration was much higher than that in the n+jJt region 27 in Figure 5.
The low impurity concentration in the substrate may typically be on the order of 7.times.10@19 atoms per cubic centimeter.

(38) 前述の背景により技術に通じた者は容易に認知−「ろこ
とであろうが、前述の製造方法において。
(38) With the foregoing background, those skilled in the art will readily recognize - ``In spite of the fact that in the foregoing manufacturing method.

p十領域19′(枦4[ン1)が形成された徴集積回路
111f造体10が高温度に置かれろ時間の量は非常に
犬ぎいとけ考えられない。この理由に、エミッタ領域2
7を形成するエミッタ拡散が、領域19′におけろp形
不純物の多く?基板5に向けてn影領域6A中に相当に
深く拡散させるためには十分に長い時間の間十分に高い
温度を必要としないからである。
The amount of time that the integrated circuit 111f structure 10, in which the p10 regions 19' are formed, is exposed to high temperature is extremely inconceivable. For this reason, the emitter region 2
Most of the p-type impurity in region 19' is caused by the emitter diffusion forming 7? This is because it does not require a sufficiently high temperature for a sufficiently long period of time to diffuse considerably deep into the n-shaded region 6A toward the substrate 5.

しかしf、t−がら、これとは対照的に5従来の製造方
法においては、p+分離領域1′(第6図)を形成する
さいに十分に低い表面不純物濃度ケ用いて容認でとない
ほどひどい表面損傷、ピッティングなど及びシリコン(
でおけろ転位形成を避けるようにすると1分前領域1′
の拡散分布が急に低下するので、従来技術の表面下級合
部29′(第6図)K沿ってのp+不純物濃度がこの発
明の表面下アバランシェダイオード20(第5図)の表
面下級合部29に泊ってのものよりも相当に低くなるこ
と(39) は絖けられtcい。それゆえ5察知されろことであろう
が、前述の方法は本質的(で従来可能であったものより
も高安定で低電圧の表面下アバランシェ又ハツエナーダ
イオードを作ることができる。
However, in contrast to f, t-, conventional fabrication methods use sufficiently low surface impurity concentrations to form the p+ isolation region 1' (FIG. 6). Severe surface damage, pitting, etc. and silicone (
If you try to avoid dislocation formation, the region 1'
Since the diffusion distribution of the subsurface avalanche diode 20 (FIG. 5) of the present invention suddenly decreases, the p+ impurity concentration along the subsurface graded portion 29' (FIG. 6) of the prior art is lower than that of the subsurface graded portion 20 of the present invention (FIG. 5). It is unlikely that the price will be significantly lower than that on 29th (39th). It may therefore be appreciated that the above-described method essentially allows for the creation of more stable and lower voltage subsurface avalanche or energized diodes than previously possible.

技術に通じた者は今や十分に察知することであろうが、
第6図に示した従来技術の構造体の表面下アバランシェ
ダイオードの降伏電EY制御するためには分離接合部1
′を形成するのに使用されろ押挿の拡散工程パラメータ
を非常+c rち密に制御1することが必要であるが、
このために通常非臨界的であると考えられている製造工
程段階に費用と不便が付加されろ。
As the technically savvy would now well know,
In order to control the breakdown voltage EY of the subsurface avalanche diode of the prior art structure shown in FIG.
Although it is necessary to very closely control the diffusion process parameters of the filter insert used to form the
This adds cost and inconvenience to manufacturing process steps that are normally considered non-critical.

今度は鎖6図に示した従来技術の構造体の別の正大な欠
点について述べろ。第6図をよく見るとわかることであ
るが、表面下n −1−p+接合部29′には本来これ
と平行に、p+n+接合部を構成する符号65で示した
「側壁」接合領域と、第6図において符号ろ7で表示し
たp−1−n+接合領域とがある。技術に通じた者は察
知することであろうが、第6図に示した表面下ダイオー
ドのアノード(40) がp形基板に短絡しないようにするために、n+埋込み
層59を基板に形成しなければならない、これらの付加
的pn接合部は、所望の低雷圧表面下アバランシェ接合
部29′と並列(C接続された二つの[寄生1表面下ダ
イオードを形成する。これらの接合部キャパシタンスは
、その和が接合部29′の接合部キャパシタンスの2倍
より太きいものであって、結果にして生ずるアバランシ
ェダイオードの全キャパシタンスを著しく増大させろ。
Let us now discuss another significant drawback of the prior art structure shown in Chain 6. As can be seen from a close look at FIG. 6, the subsurface n-1-p+ junction 29' originally has a "side wall" junction region, designated by the reference numeral 65, which constitutes the p+n+ junction, parallel to it. In FIG. 6, there is a p-1-n+ junction region indicated by a dot 7. Those skilled in the art will appreciate that in order to prevent the anode (40) of the subsurface diode shown in Figure 6 from shorting to the p-type substrate, an n+ buried layer 59 is formed in the substrate. These additional p-n junctions form two parallel (C-connected) subsurface diodes with the desired low voltage subsurface avalanche junction 29'. Their junction capacitance is , whose sum is greater than twice the junction capacitance of junction 29', significantly increasing the total capacitance of the resulting avalanche diode.

更に、これらの寄生接合部に関係したすべての漏れ電流
1d接合部29′の漏れ電流に加わる。前に述べたよう
に、精密、安定な低電圧アバランシェ基準ダイオードケ
必要とするある神の応用回路装置においては、この高キ
ャパシタンスは非常に望ましくないことであろう。第6
図の従来技術の装置におけろ表面下級合部29′の漏れ
電流に加わる付加的な漏れ電流はすべて、著しく温度に
依存しており且つ又表面下ダイオードの不安定性を増大
させるので、非常に望ましくないものである。更に。
Furthermore, all leakage currents associated with these parasitic junctions 1d add to the leakage current of junction 29'. As previously mentioned, this high capacitance may be highly undesirable in certain applications that require a precise, stable, low voltage avalanche reference diode. 6th
Any additional leakage current added to the leakage current of the subsurface junction 29' in the prior art device of the figure is very temperature dependent and also increases the instability of the subsurface diode. It is undesirable. Furthermore.

察知されろはずであるが、第6図の構造体に固有(4]
) の伺加的な寄生接合領域は、p十拡散により領域1′を
作るのに必要とされろ前述の重い表面ドーピング濃度の
結果として最初にシリコン表面で発生する熱伝搬転位と
いう有害な影響馨アバランシェダイオードが受ける可能
性ケ増大させる。
As you should have noticed, it is unique to the structure in Figure 6 (4)
The additional parasitic junction region () required to create region 1' by p-diffusion is due to the detrimental effects of thermally propagated dislocations that initially occur at the silicon surface as a result of the heavy surface doping concentration mentioned above. Increases the likelihood of damage to the avalanche diode.

察知されろ附ずであるが5代表的なホウ素拡散予備付着
段階については、予備付着源からのドープ剤の初期表面
濃度は非常に高くなければならない。完成した接合部の
実際の拡散分布は、分離領域のp十不純物濃度がエミッ
タ拡散接合部の深さにおいて、第6図のp十分離拡散領
域1′をそれほど深くする必要がないと仮定した場合よ
りもけるかに低くなっている。
Not surprisingly, for the typical boron diffusion predeposition step, the initial surface concentration of dopant from the predeposition source must be very high. The actual diffusion distribution of the completed junction is as follows: assuming that the p-doped impurity concentration in the isolation region is at the depth of the emitter diffusion junction, and that the p-sufficiently separated diffusion region 1' in Figure 6 does not need to be made very deep. It is much lower than that.

第5図に示した表面下アバランシェダイオード構造体及
びこの構造体を作る方法1−を前述の寄生接合部キャパ
シタンス及び寄生接合部漏れ電流な材げろことによって
従来技術の構造体の欠点?克服するものである、第5図
f)集権回路構造体10においては、寄生接合部(例え
ば、第6図の55及び67)は存在しない、シリコン結
晶構造体に熱(42) 伝搬転(”;Lが存在せず一目つ又広範な「寄生」接合
領域が存在しないために歩留りが高く(従って生産費が
安く)なり月つ又従来技術の構造体の場合よりも[ハー
ドな1(すなわち、一層漏れのない)基準ダイオード用
の接合部が生じろ。この発明の構造体は又「臨界的な」
又は「ち密に制御された」拡散方法でp十分前領域1を
作る必要がないので。
The subsurface avalanche diode structure and method of making the structure shown in FIG. 5f) In the centralized circuit structure 10, there are no parasitic junctions (e.g. 55 and 67 in FIG. 6), and the thermal (42) propagation transition ("; the absence of L and the absence of extensive "parasitic" junction areas results in higher yields (and therefore lower production costs) than in prior art structures; , a more leak-tight junction for the reference diode.The structure of the present invention also
Or because there is no need to create the p-well pre-region 1 in a "tightly controlled" diffusion method.

この方法の工程段階の制御乞ゆるめろことができ、又そ
の費用も軽減されろ。第5図の構造体を作る方法は、領
域19(第2図)の最初の注入によって発生された非晶
質シリコンを[アニール・アウト1するために最も普通
のバイポーラ集積回路構造体において既に存在している
湯度の外には一切付加的な高温度ケ必要としないが、こ
れはこのアニーリングが通常の高温度ベース拡散段階及
びエミッタ拡散段階中は自動的に行われろためであるっ
それゆえ、この方法によれば工程技術者は普通に行われ
ろようにエミッタ拡散期間をわずかに調整してバイポー
ラトランジスタ利得(すなわち。
Control of the process steps of this method can be relaxed and its cost reduced. The method for making the structure of FIG. 5 is to anneal out the amorphous silicon produced by the initial implantation of region 19 (FIG. 2) already present in most common bipolar integrated circuit structures. No additional high temperature is required beyond the temperature used, since this annealing occurs automatically during the normal high temperature base and emitter diffusion steps. According to this method, process engineers can adjust the emitter diffusion period slightly to increase the bipolar transistor gain (i.e., as is commonly done).

「ベータ」)の所望値ケ得ろようにすることが容(43
) 易に可能である。この工程段階は、エミッタ領域が形成
された後に表面下p影領域を注入することを含んでいる
前に述べた従来技術の工程段階の場合のように後続の高
温アニーリング段階が必要とされろとすれば非常に困難
であろう。
It is possible to obtain the desired value of "beta") (43
) is easily possible. This process step may require a subsequent high temperature annealing step as in the previously mentioned prior art process step which involves implanting a subsurface p shadow region after the emitter region is formed. It would be very difficult to do so.

これまでこの発明をその特定の構成例について説明して
きたが、技術に通じた者はこの発明の真の精神及び範囲
から外れろことなく開示した構造体及び方法に押押の変
更馨施すことができろであろう。半導体表面に過度の表
面損傷を引き起こすことなく実質上同じ方法で低寄生接
合部キャパシタンス及び低寄生漏れ電流ケ持った低い表
面子電子雪崩又はツェナー降伏型、IEヲ得ろという実
質上同じ効果ケ達成する。それぞれ既述の方法及び構造
体の既述の諸段階及び諸素子のすべての実質上の等個物
はこの発明に含まれろものとする。例えば、ドープ領域
を与えろためのどの特定の段階もイオン注入段階又は対
流熱伺着段階からなっているということは重大なことで
はない。同様に、マスク用材料は、マスク機能ケ行うか
ぎり、とのよ(44) うだものを使用1″るがは概念上本質的なことではない
5例えば、制御されたイオンビームを使用すれば、マス
クに全く必要でなくなるであろう、図示の都合北方形の
領域が示されているが1局部的な粛界θ)集中及び優先
的な降伏場所を避けるために領域19“及び27“け丸
い形状にするのが望ましいかもしれかい、
Although the present invention has been described in terms of specific configurations thereof, those skilled in the art will be able to make modifications to the disclosed structure and method without departing from the true spirit and scope of the invention. It could be done. Achieves substantially the same effect of obtaining a low surface electron avalanche or Zener breakdown type IE with low parasitic junction capacitance and low parasitic leakage current in substantially the same way without causing excessive surface damage to the semiconductor surface. . Substantially equivalents of all of the described steps and elements of each of the described methods and structures are intended to be included in the present invention. For example, it is not critical that any particular step for providing a doped region consists of an ion implantation step or a convective heat adsorption step. Similarly, the material for the mask can be used as long as it performs the masking function (44). Although a northerly-shaped area is shown for illustration purposes, which will not be needed at all in the mask, one localized area θ) is rounded by areas 19" and 27" to avoid concentration and preferential yield locations. It may be desirable to make it into a shape,

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

第1図は分離拡散が完了し且つベース領域の側方範囲を
規定する酸化物開口部が作られた後の集積回路構造体の
部分的透視断面図であるっ第2図は第1図の構造体を図
示した部分的透視断面図であって、この発明の表面下ア
バランシェダイオードの製造(ておけろその後の工程段
階を説明するのに有効なものである。 第5図は第2図に示した構造体のその後の工程段階を説
明するのに有効な部分的透視断面図である。 第4図はその後の工程段階を行った後の卯゛ろ図に示し
た構造体の部分的透視断面図である。 (45) 第5図はこの発明の表面下アバランシェダイオードが形
成された後の第4図の構造体を図示した部分的透視断面
図である。 第6図は従来技術の構造体の部分的透視断面図であって
、この発明の顕著な特徴ケ指摘するのに役立つものであ
る、 これらの図面において、1はp十分前拡散領域、ろは1
1形工ピタキシヤル層、3Aは[コレクタ1(n形)領
域、5はp形基板、7はベース(酸化物)開口部、10
は集積回路構造体、11はホトレジスト層、15は開口
部、18け「ベース1(p+)領域、19はp十領域、
19Aはp影領域、201−j:表面下アバランシェダ
イオード、25げエミッタ開口部、27は0+「エミッ
タ」領域、29はアバランシェ接合部を示す。 特許出願人  バー・ブラウン・リサーチ・コーポレー
ション (46)
FIG. 1 is a partial perspective cross-sectional view of the integrated circuit structure after the isolation diffusion has been completed and the oxide openings defining the lateral extents of the base region have been created; FIG. 5 is a partial perspective cross-sectional view illustrating the structure, which is useful for explaining the subsequent process steps in manufacturing the subsurface avalanche diode of the present invention. FIG. Figure 4 is a partial perspective cross-sectional view of the structure shown in the cross-sectional view after subsequent process steps have been performed; (45) FIG. 5 is a partial perspective cross-sectional view illustrating the structure of FIG. 4 after the subsurface avalanche diode of the present invention has been formed. FIG. 6 is a prior art structure. 1 is a partial perspective cross-sectional view of the body, which serves to point out the salient features of the invention. In these figures, 1 is the p-well pre-diffusion region;
1 formed pitaxial layer, 3A is [collector 1 (n type) region, 5 is p type substrate, 7 is base (oxide) opening, 10
11 is an integrated circuit structure, 11 is a photoresist layer, 15 is an opening, 18 is a base 1 (p+) region, 19 is a p+ region,
19A is the p shadow region, 201-j is a subsurface avalanche diode, 25 is the emitter opening, 27 is the 0+ "emitter" region, and 29 is the avalanche junction. Patent applicant: Burr Brown Research Corporation (46)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)(泪 第1面を備えたp形基板、(b)  前記
の第1面上にあって外方面7備えたn形層。 (c)  前記の外方面から前記のn形層ケ通って前記
のp形基板まで延びていて前記のn形層の第10形領賊
をそれのその他のすべての部分から電気的に分離してい
るp十分前領域。 (d)  前記の第10形領域に配置されていて、前記
のn影領域との接合部が前記σ)外方面で終わっている
p影領域、 (e)  前記のp影領域に配置されていて、前記のp
影領域との接合部が前記の外方面で終わってい乙重くド
ープされたn+領領域 げ)前記の1〕形領域と隣接していてこれによって他方
を取り囲まれ且つ前記のn+iU域の下(1) に配置されていてこれと隣接し且つこれと共に表面下p
 + n十領域を形成している完全表面下p十領域 を備えており、 前記の表面下p −1−n十接合部のそれぞれの側にお
けろ多数キャリャ不純’I’s濃度が前記のp影領域と
前記のn+領領域周辺部分との間の境昆に沿っての任意
の点におけるp形不純物濃度より著しく高(なっている 改良形低電圧集積回路表面下アバランシェ又はツェナー
ダイオード。 (2)前記のn十領域が、前記σ)表面下p十領域のす
べての周辺部分を越えて外側方へ広がっている環状周辺
部分?有している。特許請求の範囲第1項に記載の改良
形低電圧集積回路表面下アバランシェ又はツェナーダイ
オード。 (3) 前記θ)n形層の厚さが約6ミクロンから8ミ
クロンまでの範囲内にある、特許請求の範囲第1項に記
載の改良形低電、田集積回路表面下アバランシェ又はツ
ェナーダイオード。 (2) (・fj  前d【シσ)入面1ζp+領域σ)不純物
ge!■が1立方センチメートル当りlX1019乙C
いし1×1020原子+7)範囲内い一層・ろ、牛1許
1、?、求(,7’)範囲第ろ項に記載σ)改良形低7
F1川集積回路表面下アバランシェ又tJツェナーダイ
オード。 (5少  前記(hr+十領域θ)不純物濃度か1立方
1こンチメートル当り約1×10 原子である、”’p
 *を言W求の範囲;チー4 JfJK記載σ)改良形
低市′げ集積回路表面下了バランシエ又はツェナーダイ
オード。 (6)  前記σ)表面下1)十油j域σ)底部がi■
蕎ピθ)n形層のノ弐部から相当θ)距離に配置されて
(・ろ、特77/1請求(ハ範囲卯5 J:rl t/
C記載t7)改良形低市:[f集積回路表面上アバラ/
シエ又幻ツェナーダイオード。 (7)  前i++着ね表面ドp4−領域と側力で俤、
しており1]Q i%′li記o)n 4−領域より低
い1[昧r]形のドーピングケ面している前記の1]十
頭域σ)内方部分ケjitiiえていイ>t I!i−
MQ請求σ)範囲第5珀に記載の改良J裟低’flj:
 IE集イ酎耐11略衣而1・−アバランシェ又はツェ
ナーダイオード。 (8)前記のp影領域のドーピングレベル及び深(3) さが前記σ)+1形層σ)別(1)部分K (v;け7
)npn)ランシスタσ)ベース領域σ)ドーピングレ
ベル及ヒ深さ眞等しい、% 、4y、請求θ)範囲’:
p: 7 JJ′i IC1,e載+7)改良形低%’
用隼私回路表面斗アバラン/工又げツェナーダイオード
。 (9)前記のp十りJjη(1領域の深さが少なくとも
8ミクロンであり旧つ前ii[ルの1)十分前領域の人
面下不純物濃度枢゛1立方センチメートル当り約1x 
i o 206Lり低(なってい−へ特許請求の範囲第
6項に記載θ)改良形低電田集積回路表向下アバランシ
ェ又l・4:ツェナーダイオードっ 00)(a)  p形基板、こび)基板上に配置された
複数の市−気的(C分1質した[1形領域5及びこの1
]形領域θ)外方面から前記θ)p形基板まで延びた複
数σ・)p+分離領域がらなろ半力体チップθ)表[I
IT」−ンこオ・;いて前記の外方m1((配置された
第1酸化物(・Δ(に第1開口部乞形成して、こσ)開
口部によりifJ、1cθ)n影領域/7) 垢1 o
)モo)o)−74(BHo)?J:、 1 部分ケ肖
出させろこと。 (1))  Qtf ifυ′)第1酸化物層の外方面
にマスク用(4) 材!’+σ)層令で形成して、この層により前4「;の
Ml−111形領I・々θ)表面の61]記θ)第、1
部分を・被覆すること、 (c)  前、’tr”、イ1)マスク用材ネ10)層
しこ第2開1」部ケ形成]7て前記の111n形領域0
)表面σ)第2部分ケ島出さぜ、そのさいこ17)り1
2部分σ)境界が前記σ)第1部分σ)ta界から隔置
され旧つ完全にこの境界内だ配置されろようVl−1−
ろこと。 ((1)前記σ)第2開11部ケ通して前記σ)第10
形領域の表面θ)露出した第2部分中Kp形不純′吻を
送って、前記σ)第2開[]部と同じ広がりうで持った
浅い重くドープされたp+形第1領域ケ形成す乙)こと
、 (〔゛)前記σ)マスク用材料の層ゲ除去才ろこと。 (11前記17)紀1開口部を1lij、 してp形不
純物乞送って、+’+i+記θ)埴1領域1馨取り囲ノ
I斗1−)これと隣接した浅い1〕形第2領域ケ形成し
、そσ)さいA++ M己θ)第1苛tl或が前記rl
)第21屓域、Lりも相当に111(ドープされイ、)
ようにイ4)こと。 (g)n]記θ)チソブン加熱して前記θ)第1及び(
5) 第2領域火前記11)ゴ!: I n膨頭域中に一層深
く拡散させろこと。 (1])前記の表面部分ン覆う第2酸化物層ケ形成し、
この第2酸化物層に第6開ロ部馨形成して前記の第1n
形領域σ)表面の第6部分7露出させ、そσ)さし・こ
Cハ第5部分の境界がどこでも前記θ)81′!1及び
第2部分の境界から隔置され且つこの頃冗の間に配置さ
れろようにすること、(1)前記σ)0′!、5開ロ部
ケ通してn形不純物ケ送って、前記の第1領域及び前記
のp形第2領域の露出部分に11+領域ケ形成すること
。 σ)諸段階ケ有し。 h′lJ記のn十領域が前記の第1頭域とほぼ同じ仕方
の広がりケ持った内方部分と前記Cn 2.’ 1領域
の深さより小さい深さとを有し、前記σ)第、1領域の
Ji(部部分がp十形θ)ままであり、前記σ)■1+
領域がやはり前記σ)第1領1成σ)i11記θ月り十
底部部分とσ)間σ)接合部の外方境界と実質−1−接
している内方境界Y (!:イiえた周辺部分ゲイ]シ
、旧4つ前記σ)IT+領域θ)前記σ)内方部分の前
記の第1′頂域σ)前記のp(6) +底部部分がこσ)両者間にpfn十表面下接合部を形
成し、ていて、このp +n十表面下接合部σ)それぞ
れの側ておけろ多数キャリャ不純物譲度が前記の第2領
域と前記の[1+領域の前記の周辺部分との間σ)接合
部に沿ってのp形不純物濃度より著しく高くなっており
、これにより前記の[l十領域と前記0)第1及び第2
領域とによって形成されたダイオードの市子雪崩現象又
げツェナートンネル現象ケ前記のp +n十表面下接合
部の近傍に制限するようにした 改良形高安定低電圧集積回路表面下アバランシェ又はツ
ェナーダイオードの製造方法。 01)前記σ)マスク用拐料がホトレジスト材である、
特許請求の範囲第10項に記載の方法、(121段階(
fl カ前記のチップケイオンでボンバードすることか
らなっている。特許請求の範囲第10項に記載の方法。 0濠 前記の電気的に分離したn影領域の他のものに前
記の第2領域の形成と同時にnpn)ランジスタ用のベ
ース領域を形成し且つ又前記のn+(7) 領域の形成と同時に前記のnpn)ランジスタ用のエミ
ッタ領域乞形成することケ含んでいる1%許請求の範囲
第12項に記載の方法。 04)段階(d)のp形イオンが60ないし70kC■
の範囲内のエネルギーを有している、特許請求の範囲第
16項に記載の方法。 (151(a)  p形基板、この基板上に配置された
複数の電気的に分離したn影領域、及びこのn影領域の
外方面から前記のp形基板まで延びた複数のp十分M 
wi域からなる半導体チップの表面」二において前記の
外方面に配置された第1酸化物層に第1開口部を形成し
て、この開口部(でより前記のn影領域の第1のものの
表面の21’l: 1部分な露出させること、 (b)  前記の第1酸化物層の外方面にマスク用材料
の層を形成して、この層により前記の第10形領域の表
面の前記の第1部分を被覆すること、 tc>  前記のマスク用材料の層に第2開口部乞形成
して前記の第1n形領域の表面の第2部分(8) を降出させ、そのさいこの第2部分の境界が前記の第1
部分の境界から隔置され且つ完全にこの境界内に配置さ
れろように′1″ろこと、(由 1)11記のチップの
表面ケル形イオンでボンバードして、このイオンのある
ものを、前記の第2開口部を通過させて前記のn影領域
の表面の露出した第2部分に注入し、前記の第2開口部
と同じ広がりを持った浅い重くドープされたp十第1領
域を形成−1−ろこと。 (e)  前記のマスク用材料の層を除去すること、(
f)  前記の第1開口部な通してp形不純物化送って
、前記の第1領域な取り囲み且つこれと隣接した浅いp
形第2領域を形成し、そのさい前記の第1領域が前記の
第2領域よりも相当に重くドープされるようにすること
。 (gl  前記のチップ欠加熱して前記の第1及び第2
領域を前記の第10形領域中に一層深く拡散させろこと
、 (hl  前記の表面部分を覆う第2酸化物層を形成し
、この第2酸化物層に第6開ロ部を形成しく9) て前記の第10形領域の表面の第5部分7真出さぜ、そ
のさいこの2.6部分の境界がどこでも前記の第1及び
第2部分の境界から隔置され且つこの境界の間に配置さ
れろようにすること、(1)前記の第ろ開口部を通して
I]形不純物を送って5前記の第1領域及び前記のp形
第2領域の露出部分にnト領域乞形成すること。 の工程段階を有していて。 前記のn十領域が前記の第1領域とほぼ同じ側方の広が
り?持った内方ざ1人分と前記の第1領域の深さより小
さい深さとを有し、前記の第1領域の底部部分がp十形
のままであり、前記の11+領域がやはり前記の第1領
域の前記のp十底部部分どの間の接合部の外方境界と実
質上液している内方境界を備えた周辺部分を有し、fl
つ前記のn十領域の前記σ)内方部分及び前記(7J’
:1領域σ)前記のp+底部部分がこの両者間にp+n
十表作表面下接合部成していて、このp −1−n十表
面下接合部のそれぞれの側におけろ多数キャリヤ不純物
濃度が前記の第2領域と前記のn十領域の前記の周辺部
(10) 分どθ)間σ)接合部((浴ってθ)■)形不純物濃L
1”tよCつ名しく 、j+’j、 < 1:cってオ
、;す、とわWより前記θ)r】十領1成ど前記θ)百
′11及び第2領1威とによって形成きれたダイオード
σ)7(i了雪崩現象”;x +)?+記θ)1)]−
]111表面1−1′g:1部17’近傍に制限−4−
4)ようにした製115−力法匠よって作らJlだ高安
定低’ilj田集積回路表面ドアバランシエ又(・1ツ
エナーダイオード。
[Scope of Claims] (1) a p-type substrate having a first surface; (b) an n-type layer on said first surface and having an outer surface 7; (c) from said outer surface. a p-well front region extending through said n-type layer to said p-type substrate and electrically isolating the tenth type region of said n-type layer from all other parts thereof. d) a p-shaded region located in said tenth-shaped region and whose junction with said n-shaded region ends in said σ) outer plane; (e) a p-shaded region located in said p-shaded region; , the above p
The junction with the shadow region ends at the outer surface, and the heavily doped n+ region (B) is adjacent to and surrounded by the other region (1), and is below the n+iU region (1). ) located adjacent to and together with the subsurface p
a complete subsurface p-region forming a +n region, and the majority carrier impurity 'I's concentration on each side of the subsurface p-1-n junction is as high as the An improved low voltage integrated circuit subsurface avalanche or Zener diode having a p-type impurity concentration significantly higher than any point along the boundary between the p shadow region and the peripheral portion of the n+ region. 2) An annular periphery in which the n-domain extends outwardly beyond all the peripheries of the σ) subsurface p-domain? have. An improved low voltage integrated circuit subsurface avalanche or Zener diode as claimed in claim 1. (3) The improved low current integrated circuit subsurface avalanche or Zener diode of claim 1, wherein the θ) n-type layer has a thickness in the range of about 6 microns to 8 microns. . (2) (・fj front d[σ) entering surface 1ζp+region σ) impurity ge! ■ is lX1019C per cubic centimeter
1 × 1020 atoms + 7) Within the range, 1 layer, 1 cow, 1,? , (,7') written in the range 7th term σ) Improved low 7
F1 integrated circuit subsurface avalanche or tJ Zener diode. (5 less) The impurity concentration (hr + 10 areas θ) is about 1 x 10 atoms per cubic centimeter, "'p
* Scope of request; Qi 4 JfJK description σ) Improved low-market integrated circuit under surface balancier or Zener diode. (6) The above σ) Below the surface 1) Ten oil j area σ) The bottom is i■
Sobapi θ) is placed at a considerable distance θ) from the second part of the n-type layer (・ro, Patent Claim 77/1 (Ha range 5 J: rl t/
C description t7) Improved low market: [f Unbalanced on the surface of the integrated circuit/
A phantom Zener diode. (7) Front i++ wear surface de p4- area and lateral force,
1] Qi%'li o) n 1 [mar] type doping lower than the 4-region 1] Doping region σ) Inner part of the above 1] tI! i-
MQ claim σ) Improved J low flj described in range 5:
IE Collection 11 Summary 1 - Avalanche or Zener diode. (8) Doping level and depth of the p shadow region (3) (1) Part K (v; 7)
) npn) Lancistor σ) base region σ) doping level and depth exactly equal, %, 4y, claim θ) range':
p: 7 JJ'i IC1, e mounting +7) Improved type low%'
Hayabusa private circuit surface doo avalan/engineering Zener diode. (9) The impurity concentration below the human surface in the region sufficiently deep (with the depth of one region being at least 8 microns and being at least 8 microns)
i o 206L low (θ as described in claim 6) Improved low-voltage integrated circuit surface lower avalanche or l.4: Zener diode 00) (a) P-type substrate, crack ) a plurality of regions arranged on the substrate (C part 1 material [1 type region 5 and this 1
] shaped region θ) extending from the outer surface to the above θ) p-type substrate.
IT'' - Nkoo; Then, the above-mentioned outer m1 /7) Dirt 1 o
)Moo)o)-74(BHo)? J: 1. Let me show you part of it. (1)) Qtf ifυ') Masking material on the outside of the first oxide layer (4)! ' + σ) formed by the layer age, and this layer forms the 4th Ml-111-shaped region I,... θ) surface of the 61]
(c) forming the mask material 10) forming the layer 2nd opening 1''part;
) Surface σ) Let's take out the second part, its dice 17) Ri1
The second part σ) boundary is spaced from the first part σ) ta field and is located entirely within this boundary Vl-1-
Rokoto. ((1) Said σ) Through the second opening 11 part Said σ) 10th
The surface of the shaped region θ) sends the Kp type impurity into the exposed second portion to form a shallow heavily doped p+ type first region having the same extent as the second open portion. B) ([゛) Said σ) Skills in removing layers of mask material. (11 Said 17) The first opening is 1lij, and the p-type impurity is added to +'+i+kiθ) 1-) The adjacent shallow 1] type 2 The region is formed, and then σ) the first A++ Mself θ) the first tl or the rl
) 21st area, L is also quite 111 (doped,)
4) Things. (g) n] The above θ) first and (
5) Second area fire 11) Go! : I n Diffuse deeper into the bulge area. (1]) forming a second oxide layer covering the surface portion;
A sixth opening is formed in this second oxide layer to form the first n.
Shape area σ) The sixth part 7 of the surface is exposed, and the boundary of the fifth part is wherever the boundary of the fifth part is θ) 81'! (1) said σ)0'! , 5 through the open holes to form a 11+ region in the exposed portions of the first region and the p-type second region. σ) Has various stages. The inner part where the n ten region of h'lJ extends in almost the same way as the first head region and the Cn 2. ' has a depth smaller than the depth of the first region, the above σ) remains the Ji of the first region (the part is p ten shape θ), and the above σ) ■1+
The area is also the inner boundary Y (!: i The surrounding area that was obtained] shi, the old four σ) IT + region θ) the σ) the 1' top area of the inner part σ) the p(6) + bottom part σ) the pfn between them 10 subsurface junctions are formed, and this p + n 10 subsurface junctions σ) are placed on each side of the second region and the peripheral portions of the [1+ region]. σ) is significantly higher than the p-type impurity concentration along the junction, thereby causing the
An improved highly stable, low voltage integrated circuit subsurface avalanche or Zener diode is designed to confine the Ichiko avalanche phenomenon and Zener tunneling phenomenon to the vicinity of the above-mentioned p+n subsurface junction. Production method. 01) The aforementioned σ) masking material is a photoresist material.
The method according to claim 10 (step 121 (
It consists of bombarding fl with the above-mentioned chip keion. A method according to claim 10. 0 moat A base region for an npn transistor is formed in the other electrically isolated n shadow region at the same time as the second region is formed, and a base region for the npn transistor is formed simultaneously with the formation of the n+(7) region. 13. The method of claim 12, further comprising forming an emitter region for a transistor (npn). 04) The p-type ions in step (d) are heated to 60 to 70 kC■
17. The method of claim 16, having an energy in the range of . (151(a) a p-type substrate, a plurality of electrically isolated n-shaded regions disposed on the substrate, and a plurality of p-sufficient M extending from the outer surface of the n-shaded regions to said p-type substrate.
A first opening is formed in the first oxide layer disposed on the outer surface at the surface of the semiconductor chip consisting of a region wi, and the opening 21'l of the surface: (b) forming a layer of masking material on the outer surface of said first oxide layer so that said layer of said first oxide layer is partially exposed; forming a second opening in the layer of masking material to deposit a second portion (8) of the surface of the first n-type region; The boundary of the second part is the same as that of the first part.
Bombard the surface of the chip in item 11 with Kel-shaped ions so that they are spaced apart from the boundary of the part and completely located within this boundary, and some of these ions are implanting a shallow heavily doped p1 first region coextensive with the second aperture by implanting a second exposed portion of the surface of the n shadow region through the second aperture; Formation-1-Rotation. (e) Removing said layer of masking material; (
f) sending a p-type impurity through said first opening to form a shallow p-type impurity surrounding and adjacent said first region;
forming a shaped second region, said first region being significantly more heavily doped than said second region; (gl The above-mentioned chip is underheated and the above-mentioned first and second
(hl Form a second oxide layer covering the surface portion and form a sixth opening in the second oxide layer9) and the fifth portion 7 of the surface of said tenth shaped region is exposed, the boundary of said 2.6 portion being spaced everywhere from and located between the boundaries of said first and second portions; (1) sending an I-type impurity through the second opening to form an n-type region in exposed portions of the first region and the second p-type region; It has several process steps. Is the lateral extent of the n10 region approximately the same as that of the first region? having a depth smaller than the depth of the first region, the bottom portion of the first region remains p-shaped, and the 11+ region also has a depth smaller than the depth of the first region. a peripheral portion with an outer boundary and an inner boundary that is substantially liquid at the junction between said bottom portions of one region;
σ) inner part of the n0 region and the (7J'
:1 area σ) The above p+ bottom part is p+n between the two.
A subsurface junction is formed in the subsurface junction, and on each side of the p -1 -n subsurface junction, the majority carrier impurity concentration is between the second region and the periphery of the n region. Part (10) Part θ) σ) Junction ((bath θ) ■) Type impurity concentration L
1"t yo C commonly, j+'j, < 1: c is O, ;su, towa W, the above θ) r] ten territory 1 formation, the above θ) 100' 11 and the 2nd territory 1 power The diode formed by σ)7 + notation θ) 1)] -
] 111 surface 1-1'g: 1 part restricted near 17' -4-
4) It was made by a 115-force manufacturer with a high stability and low level integrated circuit surface door balancier (1 Zener diode).
JP58111793A 1982-11-12 1983-06-21 High stabilized low voltage integrated circuit surface breakdown diode structure and method of producing same Pending JPS5988871A (en)

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