JPS6361777B2 - - Google Patents

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JPS6361777B2
JPS6361777B2 JP54060131A JP6013179A JPS6361777B2 JP S6361777 B2 JPS6361777 B2 JP S6361777B2 JP 54060131 A JP54060131 A JP 54060131A JP 6013179 A JP6013179 A JP 6013179A JP S6361777 B2 JPS6361777 B2 JP S6361777B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコン基板上に形成されるエピタキ
シヤル層を貫通し、このエピタキシヤル層を島状
に分離する絶縁分離領域の形成方法に関する。
バイポーラ形半導体集積回路は周知のような出
発材料であるｐ型シリコン基板上に形成されたｎ
型エピタキシヤル層をp+型の絶縁分離領域の作
り込みによつて島状に画定し、この島状の領域の
中へ各種の素子を作り込むとともに、必要とされ
る相互配線を行うことによつて形成される。
ところで、バイポーラ形半導体集積回路（以下
バイポーラICと記す）の中に作り込まれるトラ
ンジスタあるいはダイオードなどの高耐圧化をは
かつた所謂高耐圧バイポーラICではｎ型エピタ
キシヤル層の厚みが15〜50μｍ程度とかなりの厚
さに選定され、このため、ｎ型エピタキシヤル層
を貫通するp+型絶縁分離領域の拡散深さも必然
的に増大するところとなり、この領域を形成する
ための拡散処理時間が長くなり作業能率の低下を
招く。また、トランジスタの作り込まれる部分に
相当するｐ型シリコン基板内に高不純物濃度の埋
込コレクタ領域が作り込まれている場合にはp+
型絶縁分離領域を形成するための拡散処理時間が
長くなると埋込コレクタ領域中の不純物のｎ型エ
ピタキシヤル層への拡散が進み、エピタキシヤル
層を厚くして耐圧を高めることの効果が損われて
しまう。
かかる拡散処理時間の短縮をはかるべくｐ型シ
リコン基板内へp+型の埋込領域を予め形成して
おき、このp+型埋込領域中の不純物のｎ型エピ
タキシヤル層表面へ向う拡散とｎ型エピタキシヤ
ル層表面からｐ型シリコン基板方向へ向う不純物
拡散とを組み合せ、双方の拡散で形成されるp+
型領域をｎ型エピタキシヤル層内で連繋させるこ
とによりp+型絶縁分離領域を形成する画面分離
拡散方法が提案されるに至つている。
この方法では通常p+型埋込領域の形成がボロ
ン拡散によつてなされるが、このとき、エピタキ
シヤル結晶成長時に発生するオートドーピングの
影響を少くするためにp+型埋込領域の表面不純
物濃度は１×1019個／cm3程度以下とされるのが普
通である。ところで、この程度の表面不純物濃度
を有するp+型埋込領域を利用する両面分離拡散
方法を駆使した場合、エピタキシヤル層の表面側
からの不純物を拡散することによつてp+型絶縁
分離領域を形成する方法にくらべて拡散処理時間
を短縮する効果が奏されるものの、十分な時間短
縮効果が奏されるには至らない。たとえば、比抵
抗10Ω・cm、厚さが約30μｍのｎ型エピタキシヤ
ル層を貫通する絶縁分離領域をボロンを用いた両
面分離拡散方法により形成するにあたり拡散処理
に要する時間は1200℃の温度の下で約６時間とか
なり長い。この不都合を排除するにはp+型埋込
領域の不純物濃度を高めればよいのであるが、既
に説明したように不純物濃度を高めるとオートド
ーピングが顕著となり、ｎ型エピタキシヤル層成
長時の比抵抗の制御性が低下する不都合が生じて
しまう。
本発明は以上説明してきた絶縁分離領域の形成
方法に存在した不都合を排除することのできる方
法を提供するものであつて、両面分離拡散方法で
使用するp+型埋込領域をアルミニウムイオンの
イオン注入ならびにドライブインのための熱処理
によつて形成することにより、このp+型埋込領
域をｐ型シリコン基板内へ完全に埋込み、この領
域を利用して両面分離拡散を行うところに本発明
の方法の特徴が存在する。ところで、p+型埋込
領域のｐ型シリコン基板内への完全な埋め込みは
シリコン基板の主表面からアルミニウムイオンの
注入を行つたのち、注入されたアルミニウムを拡
散させるためにドライブインを施した場合、アル
ミニウム原子がシリコン基板内へ拡散すると同時
にシリコン基板表面から蒸発し、その表面層部分
の不純物濃度がシリコン基板の不純物濃度と同程
度となり、ｐ型の高不純物濃度領域がｐ型シリコ
ン基板内へ実質的に埋め込まれることを利用して
なされる。
このようにしてp+型埋込領域を形成し、両面
分離拡散を行う本発明の方法ではp+型埋込領域
を形成したのちのｎ型エピタキシヤル層成長工程
において、ｐ型不純物によるオートドーピングが
殆んど発生せず、このため、ｎ型エピタキシヤル
層の比抵抗の制御性が著しく高くなる。またp+
型埋込領域中の不純物であるアルミニウムの拡散
係数はボロンの拡散係数に比して約10倍の大きさ
を有するものであり、また、p+型埋込領域の濃
度を十分に高めてもオートドーピングの生じるお
それがなく、濃度を十分に高めることが可能であ
るため、絶縁分離領域を形成するための処理時間
を大幅に短縮することが可能になる。
以下に高耐圧バイポーラICの絶縁分離領域を
本発明の方法を駆使して形成する場合について第
１図〜第９図を参照して詳しく説明する。
まず、第１図で示すように（111）面を有し、
比抵抗が5Ω・cmのｐ型シリコン基板上に熱酸化
により厚さが約1μｍの二酸化シリコン（SiO2）
膜２を形成し、さらにこのSiO2膜にn+型埋込コ
レクタ領域形成用の窓３を形成する。このように
して窓３を形成したのち、第２図で示すように砒
素イオン（As+）を５×1015個／cm2の注入量でイ
オン注入し、イオン注入領域４を形成する。次い
で、イオン注入領域４内のAsの活性化のための
アニールおよびドライブインのための熱処理を施
すことにより、深さが約10μｍ、シート抵抗値が
約15Ω／口のn+型のコレクタ埋込領域４′を形成
し、さらにシリコン基板の全域をSiO2膜２で覆
い、このSiO2膜に対して絶縁分離領域の形成に
関与するp+型埋込領域形成用の窓５を形成する
（第３図）。次いで、第４図に示すようにSiO2膜
２をマスクとしてアルミニウムイオン（Al+）を
加速エネルギー80KeV、注入量５×1015個／cm2の
条件で注入しイオン注入領域６を形成する。
第５図は、こののち、900℃の温度で活性化の
ためのアニールを施し、さらに窒素雰囲気中1200
℃の温度で１時間のドライブインを施し、p+型
埋込領域６′を形成したのちの状態を示す図であ
り、図示するようにp+型埋込領域６′はシリコン
基体内へ完全に埋め込まれる。このp+型埋込領
域６′はシリコン基体の表面から約1μｍ〜9.5μｍ
の範囲の深さのところに形成される。すなわち、
p+型埋込領域上1μｍの厚さを有するシリコン基
体部分はイオン注入されたアルミニウム原子が表
面から蒸発することによりp+型埋込領域とはな
り得なかつた部分である。
このようにしてp+型埋込領域を形成したのち、
シリコン基体上のSiO2膜２を全て除去すること
により、シリコン基体の上表面を全て露呈させ、
次いで、第６図で示すように四塩化けい素
（SiCl4）ガスを用いて比抵抗が10Ω・cm、厚さが
30μｍのｎ型エピタキシヤル層７の形成、このｎ
型エピタキシヤル層上へのSiO2膜８の形成なら
びにSiO2膜８への絶縁分離拡散用の窓９の形成
を行う。なお、ｎ型エピタキシヤル層７の成長に
先だつて塩酸（HCl）ガスによりシリコン基体を
0.5μｍ程度エツチングするならば結晶性をより一
層高めることができる。ところで、上記のｎ型エ
ピタキシヤル層の成長工程でのp+型埋込領域か
らの不純物によるオートドーピングはp+型埋込
領域上を覆うシリコン基体部分により効果的に抑
制されるところとなり、このため、形成されるｎ
型エピタキシヤル層の比抵抗は正確に制御され
る。
次いで、ｎ型エピタキシヤル層７上を覆う
SiO2膜８に形成した窓９を通してｎ型エピタキ
シヤル層内へアルミニウムイオン（Al+）を加速
エネルギー80KeV、注入量５×1015個／cm2の条件
で、また、ボロンイオン（B+）を加速エネルギ
ー50KeV、注入量２×1015個／cm2の条件で注入す
ることにより第７図で示すようにイオン注入領域
１０を形成する。
第８図は上記のイオン注入ののち、アルミニウ
ムならびにボロンを活性化させるためのアニール
を施し、さらに、1200℃の温度で３時間のドライ
ブインを施したのちの状態を示す図であり、上記
のドライブインにより、p+型埋込領域６′内のア
ルミニウムならびにイオン注入領域１０内のアル
ミニウムがｎ型エピタキシヤル層内へ拡散し、前
者の拡散で形成されるp+型領域１１と後者の拡
散で形成されるp+型領域１２が連繋し、ｎ型エ
ピタキシヤル島領域１３が形成される。なお、上
記のドライブイン工程でイオン注入領域１０内の
アルミニウム原子がｎ型エピタキシヤル層の表面
から蒸発するが、このイオン注入領域内にはボロ
ン原子も存在しており、このため表面に至るまで
高濃度のｐ型に保持される。ところで、イオン注
入領域１０の形成にあたり、ボロンイオンの注入
を省くこともできるが、この場合にはドライブイ
ンを施したのちのイオン注入領域部分の表面層部
分がｎ型となり、したがつてドライブインののち
にボロンを熱拡散することにより表面層部分を
p+型層とする必要がある。
第９図は以上の過程を経て形成されたｎ型エピ
タキシヤル島領域１３の中へトランジスタの作り
込みを行つたのちの状態を示す図であり、１４は
ｐ型ベース領域、１５はｎ型エミツタ領域、１６
はｎ型コレクタウオール領域、１７〜１９は電
極、そして２０はp+型絶縁分離領域である。
以上説明してきたところから明らかなように、
本発明の方法によれば、絶縁分離領域の形成に要
する処理時間が従来の両面分離拡散方法のそれよ
りも大幅に短縮されるところとなり、n+型コレ
クタ埋込領域中の不純物がｎ型エピタキシヤル層
中へ拡散する距離も大幅に減少する。したがつ
て、エピタキシヤル層を厚くして耐圧を高めるこ
との効果は殆んど損われず、バイポーラICの高
耐圧化をはかることが容易となる。また、エピタ
キシヤル成長時のオートドーピングも抑制される
ため、形成されるエピタキシヤル層の比抵抗も正
確に制御されるところとなり、得られるICの特
性のばらつきが小さくなる効果も奏される。さら
に、本発明の方法によれば、従来の両面分離拡散
方法と同程度の時間をかけてドライブインを施す
ならば、約２倍の厚みのｎ型エピタキシヤル層を
絶縁分離することが可能であり、バイポーラIC
の耐圧をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第９図は本発明の一実施例の方法によ
り高耐圧バイポーラICの絶縁分離領域を形成す
る状態を説明するための工程図である。 １……ｐ型シリコン基板、８……SiO2膜、５，
９……SiO2膜に形成したイオン注入用の窓、４
……Asイオン注入領域、４′……n+型埋込コレク
タ領域、６……Alイオン注入領域、６′……P+型
埋込領域、７……ｎ型エピタキシヤル層、１０…
…Al、Ｂイオン注入領域、１１，１２……p+型
領域、１３……ｎ型エピタキシヤル島領域、２０
……p+型絶縁分離領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ Ｐ型シリコン基板表面の所定部分に第１のア
    ルミニウムをイオン注入したのち、注入した前記
    第１のアルミニウムを、基板の内部に拡散させる
    と同時に、同基板の表面から一部引き抜く熱処理
    を施し、同基板内にP+型埋込領域を形成する工
    程、前記Ｐ型シリコン基板表面上に所定の厚みの
    ｎ型エピタキシヤル層を形成する工程、前記ｎ型
    エピタキシヤル層表面の前記P+型埋込領域直上
    に位置する部分に第２のアルミニウムをイオン注
    入する工程、前記第１および第２のアルミニウム
    を拡散させて互いのP+型領域を連繋させる熱処
    理を施す工程をそなえた絶縁分離領域の形成方
    法。
JP6013179A 1979-05-15 1979-05-15 Forming method of insulation isolating region Granted JPS55151349A (en)

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