JP2007180472A - Semiconductor device and its fabrication process - Google Patents

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Keiji Mita
恵司 三田
Kentaro Oya
健太郎 大家
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the matter of a conventional semiconductor device that it is difficult to achieve the withstand voltage characteristics of a power semiconductor element and the reduction in device size of a control semiconductor element. <P>SOLUTION: In the inventive semiconductor device, an n-type epitaxial layer 4 is formed on a p-type single crystal silicon substrate 3. A p-type buried diffusion layer 6 is formed on the substrate 3, and an n-type buried diffusion layer 10 is formed on a p-type buried diffusion layer 7 in the substrate 3 and the epitaxial layer 4. With such a structure, creep up of the p-type buried diffusion layer 7 is suppressed, and the epitaxial layer 4 can be made thin while sustaining the withstand voltage characteristics of a power semiconductor element. Furthermore, device size of a control semiconductor element can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、パワー用半導体素子として用いられる縦型PNPトランジスタのコレクタ抵抗を低減する半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device for reducing the collector resistance of a vertical PNP transistor used as a power semiconductor element and a method for manufacturing the same.

従来の半導体装置の製造方法の一実施例として、下記の縦型PNPトランジスタの製造方法が知られている。P型の半導体基板を準備し、半導体基板上に2層のN型のエピタキシャル層を形成する。P型の半導体基板と1層目のエピタキシャル層に渡りN型の埋込拡散層を形成し、1層目と2層目のエピタキシャル層に渡りP型の埋込拡散層を形成する。ここで、2層目のエピタキシャル層表面のP型の埋込拡散層上方にシリコン窒化膜を選択的に形成した後に、P型の埋込拡散層を熱拡散する。そして、シリコン窒化膜を形成した状態で熱拡散を行うことで、シリコン窒化膜下方のP型の埋込拡散層の這い上がりは抑制される。また、その上方にシリコン窒化膜が形成されていない領域では、P型の埋込拡散層は這い上がり、P型の埋込拡散層上面には凹部が形成される。一方、2層目のエピタキシャル層表面では、シリコン窒化膜の形成領域以外にはLOCOS酸化膜が形成される。その後、LOCOS酸化膜を除去することで、2層目のエピタキシャル層表面には凹凸部が形成される。そして、2層目のエピタキシャル層の凹部とP型の埋込拡散層の這い上がりとを利用し、コレクタ領域を形成する。また、2層目のエピタキシャル層の凸部とP型の埋込拡散層の凹部とを利用し、ベース領域及びエミッタ領域を形成する。この製造方法により、縦型PNPトランジスタのエミッタ−コレクタ間耐圧(VCEO)を増大し、飽和電圧(Vce)を低減する縦型PNPトランジスタを形成できる(例えば、特許文献1参照。)。
特開2000−232111号公報(第3−4頁、第1−3図)
As an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, the following vertical PNP transistor manufacturing method is known. A P-type semiconductor substrate is prepared, and two N-type epitaxial layers are formed on the semiconductor substrate. An N type buried diffusion layer is formed over the P type semiconductor substrate and the first epitaxial layer, and a P type buried diffusion layer is formed over the first and second epitaxial layers. Here, after a silicon nitride film is selectively formed above the P type buried diffusion layer on the surface of the second epitaxial layer, the P type buried diffusion layer is thermally diffused. Then, by performing thermal diffusion with the silicon nitride film formed, creeping of the P type buried diffusion layer below the silicon nitride film is suppressed. Further, in the region where the silicon nitride film is not formed thereabove, the P type buried diffusion layer rises and a recess is formed on the upper surface of the P type buried diffusion layer. On the other hand, on the surface of the second epitaxial layer, a LOCOS oxide film is formed in a region other than the formation region of the silicon nitride film. Thereafter, by removing the LOCOS oxide film, an uneven portion is formed on the surface of the second epitaxial layer. Then, a collector region is formed by utilizing the concave portion of the second epitaxial layer and the rising of the P type buried diffusion layer. Further, the base region and the emitter region are formed using the convex portion of the second epitaxial layer and the concave portion of the P type buried diffusion layer. With this manufacturing method, a vertical PNP transistor that increases the emitter-collector breakdown voltage (V CEO ) of the vertical PNP transistor and decreases the saturation voltage (Vce) can be formed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-232111 (page 3-4, FIG. 1-3)

上述したように、従来の半導体装置では、1枚の半導体基板上にパワー用の半導体素子や制御用の半導体素子が形成されている。そして、半導体基板はGND電位として用いられるため、グランド抵抗を小さくするため、半導体基板は、例えば、2〜4(Ω・cm)の比抵抗値を有するものが使用されている。この場合、P型の半導体基板の不純物濃度が比較的高濃度となり、N型の埋込拡散層を深く形成するためには、高不純物濃度のN型の埋込拡散層を形成する必要がある。そのため、N型の埋込拡散層に、シート抵抗値を低減するため深いP型の埋込拡散層を形成するためには、高不純物濃度のP型の埋込拡散層を形成する必要がある。その結果、高不純物濃度のPN接合領域が形成され、耐圧特性を調整し難い等の問題が起こり、所望の素子特性を有する半導体素子が形成し難いという問題がある。   As described above, in a conventional semiconductor device, a power semiconductor element and a control semiconductor element are formed on a single semiconductor substrate. Since the semiconductor substrate is used as the GND potential, a semiconductor substrate having a specific resistance value of, for example, 2 to 4 (Ω · cm) is used to reduce the ground resistance. In this case, the impurity concentration of the P-type semiconductor substrate is relatively high, and in order to form the N-type buried diffusion layer deeply, it is necessary to form the N-type buried diffusion layer having a high impurity concentration. . Therefore, in order to form a deep P type buried diffusion layer in the N type buried diffusion layer in order to reduce the sheet resistance value, it is necessary to form a P type buried diffusion layer having a high impurity concentration. . As a result, a PN junction region having a high impurity concentration is formed, causing problems such as difficulty in adjusting withstand voltage characteristics, and there is a problem in that it is difficult to form a semiconductor element having desired element characteristics.

また、従来の半導体装置では、例えば、パワー用の縦型PNPトランジスタと制御用のNPNトランジスタがモノリシックに形成されている。そして、縦型PNPトランジスタでは、その耐圧特性を向上させるためには、N型のエピタキシャル層を厚くする必要がある。一方、制御用のNPNトランジスタでは、エピタキシャル層の膜厚を厚くすることで、分離領域の横方向拡散が広がり、デバイスサイズを縮小し難いという問題がある。つまり、パワー用の縦型PNPトランジスタと制御用のNPNトランジスタとをモノリシックに形成することで、パワー用の縦型PNPトランジスタの耐圧特性と制御用のNPNトランジスタのデバイスサイズの縮小とがトレードオフの関係になるという問題がある。   In a conventional semiconductor device, for example, a vertical PNP transistor for power and an NPN transistor for control are formed monolithically. In the vertical PNP transistor, it is necessary to increase the thickness of the N-type epitaxial layer in order to improve the breakdown voltage characteristics. On the other hand, in the control NPN transistor, there is a problem that by increasing the film thickness of the epitaxial layer, the lateral diffusion of the isolation region is widened and it is difficult to reduce the device size. That is, by forming the power vertical PNP transistor and the control NPN transistor monolithically, there is a trade-off between the breakdown voltage characteristics of the power vertical PNP transistor and the reduction in the device size of the control NPN transistor. There is a problem of becoming a relationship.

また、従来の半導体装置の製造方法では、例えば、2〜4(Ω・cm)の比抵抗値を有する半導体基板にパワー用の縦型PNPトランジスタを形成する場合、コレクタ領域と基板とをPN接合分離するN型の埋込拡散層の拡散深さを深くし難いという問題がある。そのため、コレクタ領域として用いるP型の埋込拡散層を半導体基板深部へと拡散させることができず、コレクタ抵抗を低減し難いという問題がる。   Further, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, for example, when a vertical PNP transistor for power is formed on a semiconductor substrate having a specific resistance value of 2 to 4 (Ω · cm), the collector region and the substrate are PN-junctioned. There is a problem that it is difficult to increase the diffusion depth of the N type buried diffusion layer to be separated. Therefore, the P type buried diffusion layer used as the collector region cannot be diffused deep in the semiconductor substrate, and there is a problem that it is difficult to reduce the collector resistance.

また、従来の半導体装置の製造方法では、P型の半導体基板上に2層のエピタキシャル層を形成する。1層目と2層目のエピタキシャル層に渡り、コレクタ領域として用いるP型の埋込拡散層を形成する。そして、2層目のエピタキシャル層表面に形成されたシリコン窒化膜の形成領域により、P型の埋込拡散層の這い上がりを部分的に抑制している。しかしながら、シリコン窒化膜下方に位置するP型の埋込拡散層においても、酸素の回り込み等により、部分的にその這い上がりを抑制することが難しいという問題がある。具体的には、P型の埋込拡散層の這い上がりを抑制する領域では、這い上がらせる領域から0.5(μm)程度しか、その這い上がり量を抑制することができない。そのため、所望の耐圧特性を満たすため、エピタキシャル層を2層構造とする必要があり、製造コストが嵩むという問題がある。   In the conventional method for manufacturing a semiconductor device, two epitaxial layers are formed on a P-type semiconductor substrate. A P type buried diffusion layer used as a collector region is formed across the first and second epitaxial layers. Further, the creeping of the P type buried diffusion layer is partially suppressed by the formation region of the silicon nitride film formed on the surface of the second epitaxial layer. However, even in the P type buried diffusion layer located below the silicon nitride film, there is a problem that it is difficult to partially suppress the creeping due to the wraparound of oxygen or the like. Specifically, in the region where the rising of the P-type buried diffusion layer is suppressed, the amount of rising can be suppressed only by about 0.5 (μm) from the region where the rising is performed. Therefore, in order to satisfy the desired withstand voltage characteristics, the epitaxial layer needs to have a two-layer structure, and there is a problem that the manufacturing cost increases.

また、従来の半導体装置の製造方法では、2層目のエピタキシャル層表面にLOCOS酸化膜を形成した後、LOCOS酸化膜を除去し、エピタキシャル層表面に凹凸を形成する。そして、凹部が形成されたエピタキシャル層表面からコレクタ領域として用いるP型の拡散層を形成し、P型の拡散層とP型の埋込拡散層の這い上がった領域とを連結させる。しかしながら、エピタキシャル層上に形成したシリコン窒化膜を選択的に除去する際のマスクずれ等により、P型の埋込拡散層上方の所望の領域にシリコン窒化膜が形成されない場合がある。この場合には、P型の拡散層とP型の埋込拡散層との重畳領域が低減し、コレクタ抵抗を低減できない。つまり、個々の工程でのマスクずれにより素子特性が変動し、高精度な位置合わせが必要とされ、製造工程が煩雑となるという問題がある。   Further, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, after a LOCOS oxide film is formed on the surface of the second epitaxial layer, the LOCOS oxide film is removed, and irregularities are formed on the surface of the epitaxial layer. Then, a P-type diffusion layer used as a collector region is formed from the surface of the epitaxial layer in which the recess is formed, and the P-type diffusion layer and the raised region of the P-type buried diffusion layer are connected. However, the silicon nitride film may not be formed in a desired region above the P-type buried diffusion layer due to mask displacement or the like when the silicon nitride film formed on the epitaxial layer is selectively removed. In this case, the overlapping region between the P type diffusion layer and the P type buried diffusion layer is reduced, and the collector resistance cannot be reduced. That is, there is a problem that element characteristics fluctuate due to mask displacement in each process, high-precision alignment is required, and the manufacturing process becomes complicated.

また、従来の半導体装置の製造方法では、半導体基板上にエピタキシャル層を形成するために、例えば、縦型の反応炉を用いた気相エピタキシャル成長装置を用いる。そして、エピタキシャル層を形成する際、半導体基板に拡散させたP型不純物であるホウ素(B)がオートドープし易いという問題がある。特に、埋込拡散層でのシート抵抗値を低減するために不純物の導入量を増大させた場合には、オートドープ量が増大する。   Further, in a conventional method for manufacturing a semiconductor device, for example, a vapor phase epitaxial growth apparatus using a vertical reactor is used to form an epitaxial layer on a semiconductor substrate. When the epitaxial layer is formed, there is a problem that boron (B), which is a P-type impurity diffused in the semiconductor substrate, is easily auto-doped. In particular, when the amount of impurities introduced is increased in order to reduce the sheet resistance value in the buried diffusion layer, the amount of autodoping increases.

本発明の半導体装置は、上述した各事情に鑑みて成されたものであり、一導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された逆導電型のエピタキシャル層と、少なくとも前記半導体基板に形成された一導電型の第1の埋込拡散層と、前記半導体基板と前記エピタキシャル層とに渡り形成され、コレクタ領域として用いられる一導電型の第2の埋込拡散層と、前記半導体基板と前記エピタキシャル層とに渡り形成され、前記半導体基板と前記一導電型の第2の埋込拡散層とを接合分離する逆導電型の第1の埋込拡散層と、前記一導電型の第2の埋込拡散層とその形成領域を重畳させ、少なくとも前記一導電型の第2の埋込拡散層の上面から這い上がる逆導電型の第2の埋込拡散層と、前記エピタキシャル層表面から形成され、ベース領域として用いられる逆導電型の拡散層と、前記エピタキシャル層表面から形成され、コレクタ領域として用いられる一導電型の第1の拡散層と、前記逆導電型の拡散層に形成され、エミッタ領域として用いられる一導電型の第2の拡散層とを有することを特徴とする。従って、本発明では、コレクタ領域として用いられる一導電型の第2の埋込拡散層は、その這い上がりが抑制されるが、基板深部へと這い下がることで、コレクタ抵抗を低減することができる。   The semiconductor device of the present invention is made in view of the above-described circumstances, and includes a one-conductivity-type semiconductor substrate, a reverse-conductivity-type epitaxial layer formed on the semiconductor substrate, and at least the semiconductor substrate. A first conductivity type first buried diffusion layer formed, the second conductivity diffusion layer of one conductivity type formed as a collector region formed over the semiconductor substrate and the epitaxial layer, and the semiconductor substrate; And a first buried diffusion layer of a reverse conductivity type formed between the semiconductor substrate and the second buried diffusion layer of one conductivity type. Two buried diffusion layers overlapping each other and their formation region, and a second conductivity diffusion type second buried diffusion layer rising from the upper surface of at least the one conductivity type second buried diffusion layer, and from the surface of the epitaxial layer Formed and base region and A reverse conductivity type diffusion layer used as a collector region, a first conductivity type diffusion layer formed from the surface of the epitaxial layer and used as a collector region, and a reverse conductivity type diffusion layer formed as an emitter region. And a second diffusion layer of one conductivity type. Therefore, in the present invention, the second buried diffusion layer of one conductivity type used as the collector region is suppressed from rising, but can be reduced to the deep part of the substrate, thereby reducing the collector resistance. .

また、本発明の半導体装置は、前記半導体基板及び前記エピタキシャル層を複数の素子形成領域に区画する分離領域とを有し、前記一導電型の第1の埋込拡散層は、前記複数の素子形成領域に渡り形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、一導電型の第1の埋込拡散層により半導体基板の比抵抗値を調整することができる。   In addition, the semiconductor device of the present invention includes an isolation region that partitions the semiconductor substrate and the epitaxial layer into a plurality of element formation regions, and the one conductivity type first buried diffusion layer includes the plurality of elements. It is formed over the formation region. Therefore, in the present invention, the specific resistance value of the semiconductor substrate can be adjusted by the first buried diffusion layer of one conductivity type.

また、本発明の半導体装置は、前記半導体基板の比抵抗値は、40〜60(Ω・cm)であることを特徴とする。従って、本発明では、低不純物濃度の半導体基板を用いることで、逆導電型の第1の埋込拡散層及び一導電型の第2の埋込拡散層を基板深部まで拡散させることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the specific resistance value of the semiconductor substrate is 40 to 60 (Ω · cm). Therefore, in the present invention, by using a semiconductor substrate having a low impurity concentration, the reverse conductivity type first buried diffusion layer and the one conductivity type second buried diffusion layer can be diffused to the deep part of the substrate.

また、本発明の半導体装置は、前記第1の一導電型の埋込拡散層は、前記半導体基板表面から15〜20(μm)まで拡散していることを特徴とする。従って、本発明では、第1の一導電型の埋込拡散層により、グランド抵抗値が高くなることを防ぐことができる。   The semiconductor device of the present invention is characterized in that the first conductivity type buried diffusion layer is diffused from the surface of the semiconductor substrate to 15 to 20 (μm). Therefore, in the present invention, the first one conductivity type buried diffusion layer can prevent the ground resistance value from increasing.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、一導電型の半導体基板を準備し、前記半導体基板に逆導電型の第1の埋込拡散層を形成した後、前記半導体基板の前記逆導電型の第1の埋込拡散層よりも広い領域に渡り、一導電型の第1の埋込拡散層を形成する工程と、前記逆導電型の第1の埋込拡散層とその形成領域を重畳させるように、前記半導体基板に一導電型の第2の埋込拡散層を形成する工程と、前記一導電型の第2の埋込拡散層が形成された領域に逆導電型の不純物をイオン注入し、逆導電型の第2の埋込拡散層を形成する工程と、前記半導体基板上に逆導電型のエピタキシャル層を形成し、前記エピタキシャル層表面からコレクタ領域として用いる一導電型の第1の拡散層と、ベース領域として用いる逆導電型の拡散層と、エミッタ領域として用いる一導電型の第2の拡散層とを形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、低不純物濃度の半導体基板に逆導電型の第1の埋込拡散層を形成した後に一導電型の第1の埋込拡散層を形成することで、基板深部まで逆導電型の第1の埋込拡散層を形成することができる。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a one-conductivity-type semiconductor substrate; forming a reverse-conductivity-type first buried diffusion layer on the semiconductor substrate; Forming a first conductivity type first buried diffusion layer over a region wider than the first buried diffusion layer, and overlapping the formation region of the first conductivity diffusion region with the opposite conductivity type. Forming a second conductive diffusion layer of one conductivity type on the semiconductor substrate, and ionizing a reverse conductivity type impurity in the region where the second buried diffusion layer of one conductivity type is formed. Implanting and forming a reverse conductivity type second buried diffusion layer, forming a reverse conductivity type epitaxial layer on the semiconductor substrate, and using the first conductivity type as a collector region from the surface of the epitaxial layer Diffusion layer, reverse conductivity type diffusion layer used as a base region, and emitter Characterized by a step of forming a second diffusion layer of one conductivity type to be used as a pass. Therefore, in the present invention, by forming the first buried diffusion layer of one conductivity type after forming the first buried diffusion layer of reverse conductivity type on the semiconductor substrate having a low impurity concentration, the reverse conductivity is achieved up to the deep part of the substrate. A first buried diffusion layer of the mold can be formed.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記一導電型の第1の埋込拡散層を形成する工程では、前記半導体基板全面に前記一導電型の第1の埋込拡散層を形成することを特徴とする。従って、本発明では、半導体基板に形成される複数の素子形成領域においても、グランド抵抗の増大を防止できる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the one conductivity type first buried diffusion layer, the one conductivity type first buried diffusion layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate. It is characterized by that. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in ground resistance even in a plurality of element formation regions formed on the semiconductor substrate.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記逆導電型の第2の埋込拡散層を形成する不純物をイオン注入する工程前に、前記半導体基板に対し熱酸化工程を行うことを特徴とする。従って、本発明では、前記一導電型の第2の埋込拡散層の表面及びその近傍領域の不純物濃度を低下させた状態で、逆導電型の不純物をイオン注入する。この製造方法により、一導電型の第2の埋込拡散層の這い上がりを抑制することができる。また、エピタキシャル層を形成する際、一導電型の不純物のオートドープ量を低減することができる。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that a thermal oxidation process is performed on the semiconductor substrate before the step of ion-implanting impurities forming the second buried diffusion layer of the reverse conductivity type. To do. Therefore, in the present invention, the reverse conductivity type impurity is ion-implanted in a state where the impurity concentration of the surface of the second buried diffusion layer of one conductivity type and the vicinity thereof is lowered. By this manufacturing method, it is possible to suppress the creeping of the one conductivity type second buried diffusion layer. Further, when the epitaxial layer is formed, the amount of auto-doping of one conductivity type impurity can be reduced.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記熱酸化工程と前記逆導電型の第2の埋込拡散層を形成する不純物をイオン注入する工程との間には、非酸化性雰囲気中での熱処理工程を行わないことを特徴とする。従って、本発明では、一導電型の不純物濃度が低くなった領域に逆導電型の不純物をイオン注入することで、効率的に逆導電型の第2の埋込拡散層を形成できる。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the thermal oxidation step and the step of ion-implanting the impurity for forming the second conductivity type buried diffusion layer are performed in a non-oxidizing atmosphere. This heat treatment step is not performed. Therefore, in the present invention, the reverse conductivity type second buried diffusion layer can be efficiently formed by ion-implanting the reverse conductivity type impurity into the region where the impurity concentration of one conductivity type is low.

本発明では、低不純物濃度の半導体基板にパワー用の縦型PNPトランジスタが形成されている。この構造により、コレクタ領域として用いられる埋込拡散層を半導体基板の深部まで形成でき、コレクタ抵抗を低減することができる。   In the present invention, a vertical PNP transistor for power is formed on a semiconductor substrate having a low impurity concentration. With this structure, the buried diffusion layer used as the collector region can be formed deep in the semiconductor substrate, and the collector resistance can be reduced.

また、本発明では、半導体基板全面にP型の埋込拡散層が形成されている。この構造により、複数の素子形成領域において、グランド抵抗の増大を防止することができる。   In the present invention, a P type buried diffusion layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate. With this structure, an increase in ground resistance can be prevented in a plurality of element formation regions.

また、本発明では、パワー用の縦型PNPトランジスタのコレクタ領域として用いられる埋込拡散層の這い上がり幅が部分的に抑制される。この構造により、耐圧特性を維持しつつ、エピタキシャル層の膜厚を薄くすることができる。   Further, according to the present invention, the rising width of the buried diffusion layer used as the collector region of the vertical PNP transistor for power is partially suppressed. With this structure, the thickness of the epitaxial layer can be reduced while maintaining the breakdown voltage characteristics.

また、本発明では、制御用の縦型NPNトランジスタにおいて、エピタキシャル層の膜厚が薄くなることで、分離領域の横方向拡散が抑制される。この構造により、縦型NPNトランジスタのデバイスサイズが縮小される。   Further, in the present invention, in the vertical NPN transistor for control, the lateral diffusion of the isolation region is suppressed by reducing the thickness of the epitaxial layer. With this structure, the device size of the vertical NPN transistor is reduced.

また、本発明では、縦型PNPトランジスタのコレクタ領域として用いられる埋込拡散層は、這い上がっている領域を有する。そして、這い上がった領域の不純物濃度を高くし、コレクタ領域の連結領域として用いることで、コレクタ抵抗を低減することができる。   In the present invention, the buried diffusion layer used as the collector region of the vertical PNP transistor has a region that rises. Then, the collector resistance can be reduced by increasing the impurity concentration in the raised region and using it as a connecting region of the collector region.

また、本発明では、低不純物濃度のP型の半導体基板にN型の埋込拡散層を形成した後に、半導体基板全面にP型の埋込拡散層を形成する。この製造方法により、半導体基板の深部までN型の埋込拡散層を形成することができる。   In the present invention, after the N type buried diffusion layer is formed on the P type semiconductor substrate having a low impurity concentration, the P type buried diffusion layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate. By this manufacturing method, an N-type buried diffusion layer can be formed up to the deep part of the semiconductor substrate.

また、本発明では、縦型PNPトランジスタのコレクタ領域として用いられるP型の埋込拡散層の表面及びその近傍領域の不純物濃度を低下させた状態で、N型の埋込拡散層を形成する。この製造方法により、P型の埋込拡散層の這い上がりを抑制できる。   In the present invention, the N type buried diffusion layer is formed in a state where the impurity concentration in the surface of the P type buried diffusion layer used as the collector region of the vertical PNP transistor and in the vicinity thereof is lowered. By this manufacturing method, the creeping of the P type buried diffusion layer can be suppressed.

また、本発明では、縦型PNPトランジスタのコレクタ領域として用いられるP型の埋込拡散層と重畳してN型の埋込拡散層を形成した状態で、エピタキシャル層を堆積する。この製造方法より、基板表面のP型不純物濃度を低減させ、オートドープ量を低減することができる。   In the present invention, the epitaxial layer is deposited in a state where the N type buried diffusion layer is formed so as to overlap with the P type buried diffusion layer used as the collector region of the vertical PNP transistor. By this manufacturing method, the P-type impurity concentration on the substrate surface can be reduced and the amount of autodoping can be reduced.

また、本発明では、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧100(keV)、導入量8.0×1012(/cm)程度でイオン注入することで、半導体基板全面にP型の埋込拡散層を形成する場合に半導体基板の比抵抗値が40〜60(Ω・cm)であっても縦型NPNトランジスタ及び縦型PNPトランジスタのコレクタ抵抗が上昇すること無く、比抵抗値が2〜4(Ω・cm)のグランド抵抗約2kΩとほぼ同様のグランド抵抗が得られる。 In the present invention, a P-type impurity such as boron (B) is ion-implanted at an acceleration voltage of 100 (keV) and an introduction amount of about 8.0 × 10 12 (/ cm 2 ), so that When the buried diffusion layer of the type is formed, even if the specific resistance value of the semiconductor substrate is 40 to 60 (Ω · cm), the collector resistance of the vertical NPN transistor and the vertical PNP transistor does not increase, and the specific resistance A ground resistance almost the same as a ground resistance of about 2 kΩ having a value of 2 to 4 (Ω · cm) can be obtained.

以下に、本発明の一実施の形態である半導体装置について、図1〜図4を参照し、詳細に説明する。図1は、本実施の形態における半導体装置を説明するための断面図である。図2(A)は、本実施の形態における縦型PNPトランジスタを説明するための断面図である。図2(B)は、本実施の形態における縦型PNPトランジスタを説明するための断面図である。図3は、本実施の形態における縦型PNPトランジスタの濃度プロファイルを説明するための図である。図4(A)は、本実施の形態における半導体装置の埋込拡散層のシート抵抗値及び這い上がり幅を説明するための図である。図4(B)は、本実施の形態における半導体装置の耐圧特性を説明するための図である。   Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the semiconductor device in this embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view for explaining the vertical PNP transistor in this embodiment. FIG. 2B is a cross-sectional view for describing the vertical PNP transistor in this embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining the concentration profile of the vertical PNP transistor in the present embodiment. FIG. 4A is a diagram for explaining the sheet resistance value and the creeping width of the buried diffusion layer of the semiconductor device in the present embodiment. FIG. 4B is a diagram for explaining the withstand voltage characteristics of the semiconductor device in this embodiment.

図1に示す如く、縦型PNPトランジスタ1と縦型NPNトランジスタ2とがP型の単結晶シリコン基板3にモノリシックに形成されている。例えば、縦型PNPトランジスタ1はパワー用半導体素子として用いられ、縦型NPNトランジスタ2は制御用半導体素子として用いられる。尚、その他の素子形成領域には、パワー用半導体素子として大面積のNPNパワートランジスタ等が形成され、制御用半導体素子として小面積のNPNトランジスタ等が形成されている。そして、縦型PNPトランジスタ1は、主に、P型の単結晶シリコン基板3と、N型のエピタキシャル層4と、N型の埋込拡散層5と、P型の埋込拡散層6と、コレクタ領域として用いられるP型の埋込拡散層7、8、9と、N型の埋込拡散層10、11、12と、ベース領域として用いられるN型の拡散層13、14と、エミッタ領域として用いられるP型の拡散層15と、コレクタ領域として用いられるP型の拡散層16、17と、N型の拡散層18、19とから構成されている。   As shown in FIG. 1, a vertical PNP transistor 1 and a vertical NPN transistor 2 are monolithically formed on a P-type single crystal silicon substrate 3. For example, the vertical PNP transistor 1 is used as a power semiconductor element, and the vertical NPN transistor 2 is used as a control semiconductor element. In other element formation regions, a large-area NPN power transistor or the like is formed as a power semiconductor element, and a small-area NPN transistor or the like is formed as a control semiconductor element. The vertical PNP transistor 1 mainly includes a P-type single crystal silicon substrate 3, an N-type epitaxial layer 4, an N-type buried diffusion layer 5, a P-type buried diffusion layer 6, P type buried diffusion layers 7, 8, and 9 used as collector regions, N type buried diffusion layers 10, 11, and 12, N type diffusion layers 13 and 14 used as base regions, and emitter regions P-type diffusion layer 15 used as a collector region, P-type diffusion layers 16 and 17 used as a collector region, and N-type diffusion layers 18 and 19.

N型のエピタキシャル層4は、P型の単結晶シリコン基板3上に形成されている。尚、基板3の比抵抗値は、40〜60(Ω・cm)程度であり、P型不純物濃度としては、1.0×1014程度のものが使用されている。 The N type epitaxial layer 4 is formed on the P type single crystal silicon substrate 3. The specific resistance value of the substrate 3 is about 40 to 60 (Ω · cm), and a P-type impurity concentration of about 1.0 × 10 14 is used.

N型の埋込拡散層5は、基板3とエピタキシャル層4とに渡り形成されている。N型の埋込拡散層5は、P型の埋込拡散層7よりも基板3の深部まで形成されている。そして、N型の埋込拡散層5は、基板3とP型の埋込拡散層7のそれぞれとPN接合領域を形成し、基板3とP型の埋込拡散層7とをPN接合分離している。尚、本実施の形態でのN型の埋込拡散層5が本発明の「逆導電型の第1の埋込拡散層」に対応する。   The N type buried diffusion layer 5 is formed across the substrate 3 and the epitaxial layer 4. The N type buried diffusion layer 5 is formed to a deeper portion of the substrate 3 than the P type buried diffusion layer 7. The N type buried diffusion layer 5 forms a PN junction region with each of the substrate 3 and the P type buried diffusion layer 7, and separates the substrate 3 from the P type buried diffusion layer 7 with a PN junction. ing. Note that the N type buried diffusion layer 5 in the present embodiment corresponds to the “first conductivity diffusion type buried diffusion layer” of the present invention.

P型の埋込拡散層6が、縦型PNPトランジスタ1が形成される領域全面に形成され、例えば、基板3表面から15〜20(μm)程度の深さまで形成されている。P型の埋込拡散層6は、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を導入量1.0×1012〜1.0×1014(/cm)でイオン注入し、形成されている。そのため、P型の埋込拡散層6は、低不純物濃度の拡散領域であり、N型の拡散領域と重畳する領域では、重畳領域はN型領域となる。そして、基板3にP型の埋込拡散層6を形成することでグランド抵抗の増大を防ぎ、ラッチアップ等の問題を解決している。P型の埋込拡散層6の不純物濃度は、所望のグランド抵抗値となるように、種々の設計変更が可能である。尚、本実施の形態でのP型の埋込拡散層6が本発明の「一導電型の第1の埋込拡散層」に対応する。 The P type buried diffusion layer 6 is formed over the entire region where the vertical PNP transistor 1 is formed, and is formed to a depth of about 15 to 20 (μm) from the surface of the substrate 3, for example. The P-type buried diffusion layer 6 is formed by ion-implanting a P-type impurity, for example, boron (B) with an introduction amount of 1.0 × 10 12 to 1.0 × 10 14 (/ cm 2 ). . Therefore, the P-type buried diffusion layer 6 is a diffusion region having a low impurity concentration, and in the region overlapping with the N-type diffusion region, the overlapping region becomes an N-type region. The formation of the P-type buried diffusion layer 6 on the substrate 3 prevents an increase in ground resistance and solves problems such as latch-up. Various design changes can be made so that the impurity concentration of the P type buried diffusion layer 6 has a desired ground resistance value. The P type buried diffusion layer 6 in the present embodiment corresponds to the “one conductivity type first buried diffusion layer” of the present invention.

P型の埋込拡散層7、8、9は、基板3とエピタキシャル層4に渡り形成されている。P型の埋込拡散層8、9は、P型の埋込拡散層7の端部近傍に配置され、P型の埋込拡散層8、9とP型の埋込拡散層7とは連結している。P型の埋込拡散層8、9は、P型の埋込拡散層7の端部近傍に一環状に形成されている場合や、コレクタ領域として引き出す領域にのみ形成されている場合でも良い。尚、本実施の形態でのP型の埋込拡散層7が本発明の「一導電型の第2の埋込拡散層」に対応する。   The P type buried diffusion layers 7, 8, 9 are formed across the substrate 3 and the epitaxial layer 4. The P type buried diffusion layers 8 and 9 are arranged in the vicinity of the end of the P type buried diffusion layer 7, and the P type buried diffusion layers 8 and 9 are connected to the P type buried diffusion layer 7. is doing. The P type buried diffusion layers 8 and 9 may be formed in a ring shape near the end of the P type buried diffusion layer 7 or may be formed only in a region to be drawn out as a collector region. The P type buried diffusion layer 7 in the present embodiment corresponds to the “one conductivity type second buried diffusion layer” of the present invention.

N型の埋込拡散層10は、少なくともP型の埋込拡散層7の上面からエピタキシャル層4表面側へと這い上がっている。一方、N型の埋込拡散層11、12は、基板3とエピタキシャル層4に渡り形成されている。N型の埋込拡散層11、12は、P型の埋込拡散層7、8、9を取り囲むように配置されている。尚、本実施の形態でのN型の埋込拡散層10が本発明の「逆導電型の第2の埋込拡散層」に対応する。   The N type buried diffusion layer 10 rises at least from the upper surface of the P type buried diffusion layer 7 to the surface side of the epitaxial layer 4. On the other hand, the N type buried diffusion layers 11 and 12 are formed across the substrate 3 and the epitaxial layer 4. The N type buried diffusion layers 11 and 12 are arranged so as to surround the P type buried diffusion layers 7, 8 and 9. The N type buried diffusion layer 10 in the present embodiment corresponds to the “second conductivity type second buried diffusion layer” of the present invention.

N型の拡散層13が、エピタキシャル層4に形成されている。N型の拡散層13には、N型の拡散層14が形成されている。N型の拡散層14は、ベース引き出し領域として用いられる。尚、本実施の形態でのN型の拡散層13が本発明の「逆導電型の拡散層」に対応する。   An N type diffusion layer 13 is formed in the epitaxial layer 4. An N type diffusion layer 14 is formed in the N type diffusion layer 13. The N type diffusion layer 14 is used as a base extraction region. The N-type diffusion layer 13 in the present embodiment corresponds to the “reverse conductivity type diffusion layer” of the present invention.

P型の拡散層15が、N型の拡散層13に形成されている。尚、本実施の形態でのP型の拡散層15が本発明の「一導電型の第2の拡散層」に対応する。   A P type diffusion layer 15 is formed in the N type diffusion layer 13. The P type diffusion layer 15 in the present embodiment corresponds to the “one conductivity type second diffusion layer” of the present invention.

P型の拡散層16、17が、エピタキシャル層4に形成されている。P型の拡散層16、17は、N型の拡散層13を取り囲むように配置され、P型の拡散層16とP型の埋込拡散層7、8とは連結し、P型の拡散層17とP型の埋込拡散層7、9とは連結している。P型の拡散層16、17は、N型の拡散層13を取り囲むように一環状に形成されている場合や、コレクタ領域として引き出す領域にのみ形成されている場合でも良い。尚、本実施の形態でのP型の拡散層16、17が本発明の「一導電型の第1の拡散層」に対応する。   P-type diffusion layers 16 and 17 are formed in the epitaxial layer 4. The P-type diffusion layers 16 and 17 are disposed so as to surround the N-type diffusion layer 13, and the P-type diffusion layer 16 and the P-type buried diffusion layers 7 and 8 are connected to each other. 17 and the P type buried diffusion layers 7 and 9 are connected. The P-type diffusion layers 16 and 17 may be formed in a ring shape so as to surround the N-type diffusion layer 13 or may be formed only in a region to be drawn out as a collector region. The P type diffusion layers 16 and 17 in the present embodiment correspond to the “one conductivity type first diffusion layer” of the present invention.

N型の拡散層18、19は、エピタキシャル層4に形成されている。N型の拡散層18、19は、P型の拡散層16、17を取り囲むように一環状に形成されている。N型の拡散層18とN型の埋込拡散層5、11とは連結し、N型の拡散層19とN型の埋込拡散層5、12とは連結している。つまり、N型の拡散層18、19が、コレクタ領域であるP型の拡散層16、17の外周を囲むように配置されることで、エピタキシャル層4表面が反転し、コレクタ電流が分離領域を介して基板3へと流れることを防止する。   The N type diffusion layers 18 and 19 are formed in the epitaxial layer 4. The N type diffusion layers 18 and 19 are formed in a ring shape so as to surround the P type diffusion layers 16 and 17. The N type diffusion layer 18 and the N type buried diffusion layers 5 and 11 are connected, and the N type diffusion layer 19 and the N type buried diffusion layers 5 and 12 are connected. That is, the N-type diffusion layers 18 and 19 are arranged so as to surround the outer periphery of the P-type diffusion layers 16 and 17 which are collector regions, so that the surface of the epitaxial layer 4 is inverted and the collector current passes through the isolation region. To flow to the substrate 3 through the substrate 3.

絶縁層20が、エピタキシャル層4上面に形成されている。絶縁層20は、PSG(Phospho Silicate Glass)膜等により、形成されている。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、CHF+O系のガスを用いたドライエッチングにより、絶縁層20にコンタクトホール21、22、23が形成されている。 An insulating layer 20 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 4. The insulating layer 20 is formed of a PSG (Phospho Silicate Glass) film or the like. Then, contact holes 21, 22, and 23 are formed in the insulating layer 20 by dry etching using a CHF 3 + O 2 gas, for example, using a known photolithography technique.

コンタクトホール21、22、23には、アルミ合金、例えば、Al−Si膜24が選択的に形成され、コレクタ電極25、エミッタ電極26及びベース電極27が形成されている。   In the contact holes 21, 22, and 23, an aluminum alloy, for example, an Al—Si film 24 is selectively formed, and a collector electrode 25, an emitter electrode 26, and a base electrode 27 are formed.

一方、縦型NPNトランジスタ2は、主に、P型の単結晶シリコン基板3と、N型のエピタキシャル層4と、P型の埋込拡散層6と、コレクタ領域として用いられるN型の埋込拡散層28、29と、コレクタ領域として用いられるN型の拡散層30と、ベース領域として用いられるP型の拡散層31と、エミッタ領域として用いられるN型の拡散層32とから構成されている。   On the other hand, the vertical NPN transistor 2 mainly includes a P-type single crystal silicon substrate 3, an N-type epitaxial layer 4, a P-type buried diffusion layer 6, and an N-type buried layer used as a collector region. Diffusion layers 28 and 29, an N type diffusion layer 30 used as a collector region, a P type diffusion layer 31 used as a base region, and an N type diffusion layer 32 used as an emitter region. .

N型のエピタキシャル層4は、P型の単結晶シリコン基板3上に形成されている。   The N type epitaxial layer 4 is formed on the P type single crystal silicon substrate 3.

N型の埋込拡散層28は、基板3とエピタキシャル層4に渡り形成されている。   The N type buried diffusion layer 28 is formed across the substrate 3 and the epitaxial layer 4.

N型の埋込拡散層29は、N型の埋込拡散層28とその形成領域を重畳させるように形成されている。そして、N型の埋込拡散層29は、N型の埋込拡散層28よりエピタキシャル層4表面側へと這い上がっている。N型の埋込拡散層29を形成することで、コレクタ領域の抵抗を低減することができる。N型の埋込拡散層29を形成することで、コレクタ領域の抵抗を低減することができる。   The N type buried diffusion layer 29 is formed so as to overlap the N type buried diffusion layer 28 and its formation region. The N type buried diffusion layer 29 rises from the N type buried diffusion layer 28 to the surface side of the epitaxial layer 4. By forming the N type buried diffusion layer 29, the resistance of the collector region can be reduced. By forming the N type buried diffusion layer 29, the resistance of the collector region can be reduced.

N型の拡散層30は、N型のエピタキシャル層4に形成されている。N型の拡散層30は、N型の埋込拡散層29と連結し、コレクタ領域として用いられる。そして、N型の拡散層30とN型の埋込拡散層29とが連結することで、N型の拡散層30の横方向拡散量が低減し、縦型NPNトランジスタ2のデバイスサイズを縮小することができる。   The N type diffusion layer 30 is formed in the N type epitaxial layer 4. The N type diffusion layer 30 is connected to the N type buried diffusion layer 29 and used as a collector region. The N-type diffusion layer 30 and the N-type buried diffusion layer 29 are connected to reduce the amount of lateral diffusion of the N-type diffusion layer 30 and reduce the device size of the vertical NPN transistor 2. be able to.

P型の拡散層31は、エピタキシャル層4に形成されている。   The P type diffusion layer 31 is formed in the epitaxial layer 4.

N型の拡散層32は、P型の拡散層31に形成されている。   The N type diffusion layer 32 is formed in the P type diffusion layer 31.

絶縁層20が、エピタキシャル層4上面に形成されている。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、CHF+O系のガスを用いたドライエッチングにより、絶縁層20にコンタクトホール33、34、35が形成されている。 An insulating layer 20 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 4. Then, contact holes 33, 34, and 35 are formed in the insulating layer 20 by dry etching using, for example, a CHF 3 + O 2 gas using a known photolithography technique.

コンタクトホール33、34、35には、アルミ合金、例えば、Al−Si膜36が選択的に形成され、エミッタ電極37、ベース電極38及びコレクタ電極39が形成されている。   In the contact holes 33, 34, and 35, an aluminum alloy, for example, an Al—Si film 36 is selectively formed, and an emitter electrode 37, a base electrode 38, and a collector electrode 39 are formed.

図2(A)に示す如く、P型の埋込拡散層7、8、9及びP型の拡散層16、17は、縦型PNPトランジスタ1のコレクタ領域である。N型の埋込拡散層10、N型のエピタキシャル層4及びN型の拡散層13、14は、縦型PNPトランジスタ1のベース領域である。P型の拡散層15は、縦型PNPトランジスタ1のエミッタ領域である。P型不純物、例えば、ホウ素(B)により形成されているP型の埋込拡散層7上に、N型不純物、例えば、リン(P)により形成されているN型の埋込拡散層10が形成されている。そして、P型の埋込拡散層7がエピタキシャル層4表面側へと這い上がることが抑制されている。具体的には、P型の埋込拡散層7の基板3表面からの這い上がり幅W1は、2.0〜4.0(μm)程度である。N型の埋込拡散層10を形成しない場合には、通常、P型の埋込拡散層7は基板3表面から5.5(μm)程度這い上がる。つまり、P型の埋込拡散層7上にN型の埋込拡散層10を形成することで、P型の埋込拡散層7の這い上がり幅は、1.5〜3.5(μm)程度抑制される。   As shown in FIG. 2A, the P type buried diffusion layers 7, 8 and 9 and the P type diffusion layers 16 and 17 are collector regions of the vertical PNP transistor 1. The N type buried diffusion layer 10, the N type epitaxial layer 4, and the N type diffusion layers 13 and 14 are base regions of the vertical PNP transistor 1. The P type diffusion layer 15 is an emitter region of the vertical PNP transistor 1. On the P type buried diffusion layer 7 formed of P type impurities, for example, boron (B), an N type buried diffusion layer 10 formed of N type impurities, for example, phosphorus (P). Is formed. Then, the P type buried diffusion layer 7 is suppressed from creeping up to the surface side of the epitaxial layer 4. Specifically, the creeping width W1 from the surface of the substrate 3 of the P type buried diffusion layer 7 is about 2.0 to 4.0 (μm). In the case where the N type buried diffusion layer 10 is not formed, the P type buried diffusion layer 7 usually rises about 5.5 (μm) from the surface of the substrate 3. That is, by forming the N type buried diffusion layer 10 on the P type buried diffusion layer 7, the rising width of the P type buried diffusion layer 7 is 1.5 to 3.5 (μm). The degree is suppressed.

この構造により、縦型PNPトランジスタ1では、所望のベース領域幅W2を確保した場合でも、エピタキシャル層4の膜厚を薄くすることができる。例えば、エピタキシャル層4の膜厚は、6.5〜7.5(μm)程度となる。その結果、パワー用半導体素子としての縦型PNPトランジスタ1では、エピタキシャル層4の膜厚が薄くなるが、その耐圧特性を悪化させることを防止できる。一方、制御用半導体素子としての縦型NPNトランジスタ2では、エピタキシャル層4の膜厚が薄くなることで、分離領域の横方向拡散が低減し、デバイスサイズが縮小される。つまり、P型の埋込拡散層7の這い上がり幅W1を抑制し、エピタキシャル層4の膜厚を薄く形成することで、所望の耐圧特性を有するパワー用半導体素子とデバイスサイズが縮小化された制御用半導体素子とがモノリシックに形成される。   With this structure, in the vertical PNP transistor 1, the thickness of the epitaxial layer 4 can be reduced even when a desired base region width W2 is ensured. For example, the film thickness of the epitaxial layer 4 is about 6.5 to 7.5 (μm). As a result, in the vertical PNP transistor 1 as a power semiconductor element, the thickness of the epitaxial layer 4 is reduced, but the breakdown voltage characteristics can be prevented from deteriorating. On the other hand, in the vertical NPN transistor 2 as the control semiconductor element, the thickness of the epitaxial layer 4 is reduced, so that the lateral diffusion of the isolation region is reduced and the device size is reduced. That is, by suppressing the rising width W1 of the P type buried diffusion layer 7 and by forming the epitaxial layer 4 thin, the power semiconductor element having the desired breakdown voltage characteristic and the device size are reduced. The control semiconductor element is formed monolithically.

また、図示したように、N型の埋込拡散層5は基板3表面から30(μm)程度まで形成されている。P型の埋込拡散層7は基板3表面から20(μm)程度まで形成されている。そして、P型の埋込拡散層6は基板3表面から15〜20(μm)程度まで形成されている。この構造により、基板2を利用することで所望の幅W3を確保し、コレクタ抵抗を低減させている。この構造は、詳細は半導体装置の製造方法で後述するが、低不純物濃度の基板3の状態でN型の埋込拡散層5を形成することで、PN接合分離用のN型の埋込拡散層5を深部まで形成できることで実現される。一方、上述したように、基板3には、P型の埋込拡散層6が基板3表面から15〜20(μm)程度まで形成されることで、グランド抵抗値を所望の範囲に調整することができる。   Further, as shown in the figure, the N type buried diffusion layer 5 is formed from the surface of the substrate 3 to about 30 (μm). The P type buried diffusion layer 7 is formed from the surface of the substrate 3 to about 20 (μm). The P type buried diffusion layer 6 is formed from the surface of the substrate 3 to about 15 to 20 (μm). With this structure, a desired width W3 is secured by using the substrate 2, and the collector resistance is reduced. This structure will be described later in detail in a method for manufacturing a semiconductor device. By forming an N-type buried diffusion layer 5 in the state of a substrate 3 having a low impurity concentration, an N-type buried diffusion for PN junction isolation is formed. This is realized by being able to form the layer 5 deep. On the other hand, as described above, the P-type buried diffusion layer 6 is formed on the substrate 3 from the surface of the substrate 3 to about 15 to 20 (μm), thereby adjusting the ground resistance value to a desired range. Can do.

ここで、図2(B)に示す如く、P型の埋込拡散層7では、その上面にN型の埋込拡散層10が形成されている領域L1では、P型の埋込拡散層7の這い上がりは抑制されている。一方、N型の埋込拡散層10は、P型の埋込拡散層7より内側の領域に形成されている。そのため、N型の埋込拡散層10が形成されていない領域L2、L3では、P型の埋込拡散層7は、エピタキシャル層4表面側へと這い上がっている。そして、領域L2、L3では、P型の埋込拡散層7が、N型の埋込拡散層10の周囲を囲むように形成されている。コレクタ領域として用いられるP型の拡散層16、17は、領域L2、L3において、P型の埋込拡散層7と連結している。P型の拡散層16、17は、P型の埋込拡散層7の這い上がっている領域と連結することで、コレクタ抵抗を低減することができる。   Here, as shown in FIG. 2B, in the P type buried diffusion layer 7, in the region L1 where the N type buried diffusion layer 10 is formed on the upper surface, the P type buried diffusion layer 7 is formed. The scooping up is suppressed. On the other hand, the N type buried diffusion layer 10 is formed in a region inside the P type buried diffusion layer 7. Therefore, in the regions L2 and L3 where the N type buried diffusion layer 10 is not formed, the P type buried diffusion layer 7 rises toward the surface side of the epitaxial layer 4. In the regions L 2 and L 3, the P type buried diffusion layer 7 is formed so as to surround the N type buried diffusion layer 10. The P type diffusion layers 16 and 17 used as the collector region are connected to the P type buried diffusion layer 7 in the regions L2 and L3. The P-type diffusion layers 16 and 17 are connected to the rising region of the P-type buried diffusion layer 7 so that the collector resistance can be reduced.

そして、図2(A)に示すように、N型の埋込拡散層10が形成されていない領域L2、L3では、P型の埋込拡散層8、9が、P型の埋込拡散層7と重畳して形成されている。上述したように、P型の拡散層16はP型の埋込拡散層7、8と連結し、P型の拡散層17はP型の埋込拡散層7、9と連結し、コレクタ領域を形成している。この構造により、更に、縦型PNPトランジスタ1のコレクタ抵抗を低減することができる。   As shown in FIG. 2A, in the regions L2 and L3 where the N-type buried diffusion layer 10 is not formed, the P-type buried diffusion layers 8 and 9 are replaced with the P-type buried diffusion layer. 7 is formed to overlap. As described above, the P type diffusion layer 16 is connected to the P type buried diffusion layers 7 and 8, the P type diffusion layer 17 is connected to the P type buried diffusion layers 7 and 9, and the collector region is connected to the collector region. Forming. With this structure, the collector resistance of the vertical PNP transistor 1 can be further reduced.

図3では、縦型PNPトランジスタ1の基板3での濃度プロファイルを示している。点線は、基板3の不純物濃度を示し、一点鎖線はP型の埋込拡散層7の不純物濃度を示し、二点鎖線はP型の埋込拡散層6の不純物濃度を示している。実線は、N型の埋込拡散層5の不純物濃度を示している。図示の如く、一点鎖線と実線を比較すると、基板3表面から20(μm)程度まではP型の埋込拡散層7であり、20(μm)から30(μm)までがN型の埋込拡散層5であることがわかる。一方、二点鎖線が示すように、P型の埋込拡散層6は低不純物濃度領域であり、少なくともN型の埋込拡散層5またはP型の埋込拡散層7の一方が形成されている領域では、相殺されてしまう。   FIG. 3 shows the concentration profile of the vertical PNP transistor 1 on the substrate 3. The dotted line indicates the impurity concentration of the substrate 3, the alternate long and short dash line indicates the impurity concentration of the P-type buried diffusion layer 7, and the two-dot chain line indicates the impurity concentration of the P-type buried diffusion layer 6. The solid line indicates the impurity concentration of the N type buried diffusion layer 5. As shown in the figure, when the alternate long and short dash line is compared with the solid line, the P type buried diffusion layer 7 is formed from the surface of the substrate 3 to about 20 (μm), and the N type buried is formed from 20 (μm) to 30 (μm). It can be seen that this is the diffusion layer 5. On the other hand, as indicated by the two-dot chain line, the P type buried diffusion layer 6 is a low impurity concentration region, and at least one of the N type buried diffusion layer 5 or the P type buried diffusion layer 7 is formed. In some areas, it will be offset.

図4(A)に示す如く、横軸にN型の埋込拡散層10の不純物導入量を示している。縦軸(紙面左側)にP型の埋込拡散層7のシート抵抗値を示している。縦軸(紙面右側)にP型の埋込拡散層7の這い上がり幅W1(図2参照)を示している。そして、実線は、N型の埋込拡散層10の不純物導入量とP型の埋込拡散層7のシート抵抗値の関係を示している。点線は、N型の埋込拡散層10の不純物導入量とP型の埋込拡散層7の這い上がり幅W1の関係を示している。   As shown in FIG. 4A, the horizontal axis indicates the amount of impurities introduced into the N type buried diffusion layer 10. The vertical axis (left side of the drawing) shows the sheet resistance value of the P type buried diffusion layer 7. The vertical axis (right side of the drawing) shows the rising width W1 (see FIG. 2) of the P-type buried diffusion layer 7. The solid line shows the relationship between the impurity introduction amount of the N type buried diffusion layer 10 and the sheet resistance value of the P type buried diffusion layer 7. The dotted line shows the relationship between the impurity introduction amount of the N type buried diffusion layer 10 and the rising width W1 of the P type buried diffusion layer 7.

実線で示すように、N型の埋込拡散層10の不純物導入量が増大する程、P型の埋込拡散層7のシート抵抗値も増大している。一方、点線で示すように、N型の埋込拡散層10の不純物導入量が増大する程、P型の埋込拡散層7の這い上がり幅W1が減少している。そして、N型の埋込拡散層10の不純物導入量が増大する程、P型の埋込拡散層7の這い上がり幅W1は減少するが、P型の埋込拡散層7のシート抵抗値が増大する。一方、N型の埋込拡散層10の不純物導入量が減少する程、P型の埋込拡散層7のシート抵抗値は減少するが、P型の埋込拡散層7の這い上がり幅W1は増大する。つまり、P型の埋込拡散層7のシート抵抗値と這い上がり幅W1とは、N型の埋込拡散層10の不純物導入量に対し、トレードオフの関係にある。その結果、N型の埋込拡散層10の不純物導入量は、P型の埋込拡散層7のシート抵抗値と這い上がり幅W1との関係により、所望の導入量が設定される。   As indicated by the solid line, the sheet resistance value of the P type buried diffusion layer 7 increases as the amount of impurities introduced into the N type buried diffusion layer 10 increases. On the other hand, as indicated by the dotted line, the rising width W1 of the P-type buried diffusion layer 7 decreases as the impurity introduction amount of the N-type buried diffusion layer 10 increases. As the amount of impurities introduced into the N type buried diffusion layer 10 increases, the creeping width W1 of the P type buried diffusion layer 7 decreases, but the sheet resistance value of the P type buried diffusion layer 7 decreases. Increase. On the other hand, as the amount of impurities introduced into the N type buried diffusion layer 10 decreases, the sheet resistance value of the P type buried diffusion layer 7 decreases, but the rising width W1 of the P type buried diffusion layer 7 is as follows. Increase. That is, the sheet resistance value of the P-type buried diffusion layer 7 and the rising width W1 are in a trade-off relationship with the amount of impurities introduced into the N-type buried diffusion layer 10. As a result, the impurity introduction amount of the N-type buried diffusion layer 10 is set to a desired introduction amount according to the relationship between the sheet resistance value of the P-type buried diffusion layer 7 and the creeping width W1.

図4(B)に示す如く、横軸にN型の埋込拡散層10の不純物導入量を示している。縦軸に縦型PNPトランジスタ1の耐圧(VCBO)を示している。実線で示すように、N型の埋込拡散層10の不純物導入量が増大する程、耐圧(VCBO)が低減している。これは、高不純物濃度のP型の埋込拡散層7と高不純物濃度のN型の埋込拡散層10とで形成されるPN接合領域が、縦型PNPトランジスタ1の耐圧(VCBO)を決定しているからである。図4(A)に示したように、N型の埋込拡散層10の不純物導入量が増大する程、P型の埋込拡散層7の這い上がり幅W1が減少するが、縦型PNPトランジスタ1の耐圧(VCBO)が低減してしまう。つまり、N型の埋込拡散層10の不純物導入量は、縦型PNPトランジスタ1の耐圧(VCBO)、P型の埋込拡散層7のシート抵抗値、及びその這い上がり幅W1との関係により、その導入量が決定される。 As shown in FIG. 4B, the horizontal axis indicates the amount of impurities introduced into the N type buried diffusion layer 10. The vertical axis indicates the breakdown voltage (V CBO ) of the vertical PNP transistor 1. As indicated by the solid line, the withstand voltage (V CBO ) decreases as the impurity introduction amount of the N type buried diffusion layer 10 increases. This is because the PN junction region formed by the high impurity concentration P type buried diffusion layer 7 and the high impurity concentration N type buried diffusion layer 10 has the breakdown voltage (V CBO ) of the vertical PNP transistor 1. It is because it is determined. As shown in FIG. 4A, the rising width W1 of the P type buried diffusion layer 7 decreases as the amount of impurities introduced into the N type buried diffusion layer 10 increases. However, the vertical PNP transistor 1 withstand voltage (V CBO ) is reduced. That is, the amount of impurities introduced into the N-type buried diffusion layer 10 is related to the breakdown voltage (V CBO ) of the vertical PNP transistor 1, the sheet resistance value of the P-type buried diffusion layer 7, and its rising width W1. Thus, the introduction amount is determined.

尚、図示したようにN型の拡散層13とN型の埋込拡散層10とは、連結しない構造である必要はない。例えば、N型の拡散層13とN型の埋込拡散層10とが連結する構造の場合でも良い。この場合には、N型の埋込拡散層10の不純物濃度が高濃度となり、上述したように、P型の埋込拡散層7とN型の埋込拡散層10とのPN接合領域における耐圧特性が考慮され、N型の拡散層13及びN型の埋込拡散層10の不純物濃度が設定される。   As shown in the figure, the N-type diffusion layer 13 and the N-type buried diffusion layer 10 do not have to be connected to each other. For example, the N-type diffusion layer 13 and the N-type buried diffusion layer 10 may be connected. In this case, the impurity concentration of the N type buried diffusion layer 10 becomes high, and the breakdown voltage in the PN junction region between the P type buried diffusion layer 7 and the N type buried diffusion layer 10 as described above. Considering the characteristics, the impurity concentrations of the N type diffusion layer 13 and the N type buried diffusion layer 10 are set.

次に、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法について、図5から図11を参照し、詳細に説明する。図5から図11は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 11 are cross-sectional views for explaining the method of manufacturing a semiconductor device in the present embodiment.

先ず、図5に示す如く、例えば、比抵抗値が40〜60(Ω・cm)程度のP型の単結晶シリコン基板3を準備する。基板3上にシリコン酸化膜(図示せず)を形成し、シリコン酸化膜をマスクとして用い、基板3の表面からN型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧90〜110(keV)、導入量1.0×1013〜1.0×1015(/cm)でイオン注入する。その後、熱拡散し、N型の埋込拡散層5を形成した後、シリコン酸化膜を除去する。 First, as shown in FIG. 5, for example, a P-type single crystal silicon substrate 3 having a specific resistance of about 40 to 60 (Ω · cm) is prepared. A silicon oxide film (not shown) is formed on the substrate 3, and an N-type impurity such as phosphorus (P) is introduced from the surface of the substrate 3 with an acceleration voltage of 90 to 110 (keV) using the silicon oxide film as a mask. Ion implantation is performed with an amount of 1.0 × 10 13 to 1.0 × 10 15 (/ cm 2 ). Thereafter, thermal diffusion is performed to form the N type buried diffusion layer 5, and then the silicon oxide film is removed.

次に、基板3上全面にシリコン酸化膜40を、例えば、450(Å)程度堆積する。そして、基板3の表面から全面に、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧90〜110(keV)、導入量1.0×1012〜1.0×1014(/cm)でイオン注入する。 Next, a silicon oxide film 40 is deposited on the entire surface of the substrate 3 by about 450 (450), for example. Then, a P-type impurity such as boron (B) is accelerated from 90 to 110 (keV) and introduced from 1.0 × 10 12 to 1.0 × 10 14 (/ cm 2 ) over the entire surface of the substrate 3. Ion implantation.

次に、図6に示す如く、シリコン酸化膜40上にフォトレジスト41を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、P型の埋込拡散層7が形成される領域上のフォトレジスト41に開口部を形成する。その後、基板3の表面から、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧90〜110(keV)、導入量1.0×1014〜1.0×1016(/cm)でイオン注入する。そして、フォトレジスト41を除去し、熱拡散し、P型の埋込拡散層6、7を同時形成する。このとき、基板3表面を熱酸化し、基板3表面にシリコン酸化膜42(図7参照)を形成する。そして、本実施の形態では、不純物濃度が、例えば、1.0×1014〜1.0×1015(/cm)程度の基板3に、N型の埋込拡散層5を形成した後に、P型の埋込拡散層6を形成する。この製造方法により、N型の埋込拡散層5を形成する際の導入量を増大させることなく、基板3深部までN型の埋込拡散層5を形成することができる。その結果、低不純物濃度に形成されたN型の埋込拡散層5にP型の埋込拡散層7を形成できるので、P型の埋込拡散層7でのシート抵抗値を低減することができる。 Next, as shown in FIG. 6, a photoresist 41 is formed on the silicon oxide film 40. Then, using a known photolithography technique, an opening is formed in the photoresist 41 on the region where the P type buried diffusion layer 7 is to be formed. Thereafter, P-type impurities such as boron (B) are ionized from the surface of the substrate 3 with an acceleration voltage of 90 to 110 (keV) and an introduction amount of 1.0 × 10 14 to 1.0 × 10 16 (/ cm 2 ). inject. Then, the photoresist 41 is removed and thermally diffused to form P type buried diffusion layers 6 and 7 simultaneously. At this time, the surface of the substrate 3 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 42 (see FIG. 7) on the surface of the substrate 3. In this embodiment, after the N-type buried diffusion layer 5 is formed on the substrate 3 having an impurity concentration of, for example, about 1.0 × 10 14 to 1.0 × 10 15 (/ cm 2 ). Then, the P type buried diffusion layer 6 is formed. With this manufacturing method, the N type buried diffusion layer 5 can be formed up to the deep part of the substrate 3 without increasing the amount of introduction when forming the N type buried diffusion layer 5. As a result, the P-type buried diffusion layer 7 can be formed in the N-type buried diffusion layer 5 formed at a low impurity concentration, so that the sheet resistance value in the P-type buried diffusion layer 7 can be reduced. it can.

次に、図7に示す如く、N型の埋込拡散層11、12、28の形成領域上に開口部が形成されるように、シリコン酸化膜42を選択的に除去する。そして、シリコン酸化膜42をマスクとして用い、基板3の表面にN型不純物、例えば、アンチモン(Sb)を含む液体ソース43を回転塗布法により塗布する。その後、アンチモン(Sb)を熱拡散し、N型の埋込拡散層11、12、28を形成する。   Next, as shown in FIG. 7, the silicon oxide film 42 is selectively removed so that an opening is formed on the formation region of the N type buried diffusion layers 11, 12, and 28. Then, using the silicon oxide film 42 as a mask, a liquid source 43 containing an N-type impurity such as antimony (Sb) is applied to the surface of the substrate 3 by a spin coating method. Thereafter, antimony (Sb) is thermally diffused to form N type buried diffusion layers 11, 12, and 28.

ここで、基板3上にシリコン酸化膜42を堆積した状態で、基板3を1200〜1250(℃)の酸化性雰囲気中に1時間程度置き、熱酸化処理を行う。この熱酸化処理により、P型の埋込拡散層7の表面及びその近傍領域(例えば、エピタキシャル層4表面から3.5(μm)程度まで)のホウ素(B)はシリコン酸化膜42へと拡散する。その結果、P型の埋込拡散層7の表面及びその近傍領域のホウ素(B)の濃度は、その深さによって異なるが、熱酸化処理前の半分程度まで低減する。その後、シリコン酸化膜42を除去する。   Here, in a state where the silicon oxide film 42 is deposited on the substrate 3, the substrate 3 is placed in an oxidizing atmosphere of 1200 to 1250 (° C.) for about 1 hour to perform thermal oxidation treatment. By this thermal oxidation treatment, boron (B) in the surface of the P type buried diffusion layer 7 and in the vicinity thereof (for example, from the surface of the epitaxial layer 4 to about 3.5 (μm)) is diffused into the silicon oxide film 42. To do. As a result, the concentration of boron (B) in the surface of the P-type buried diffusion layer 7 and in the vicinity thereof, depending on the depth, is reduced to about half before the thermal oxidation treatment. Thereafter, the silicon oxide film 42 is removed.

尚、この熱酸化処理では、少なくとも1000(℃)以上では基板3が酸化性雰囲気中に置かれるようにすることで、基板3の深い領域に存在するホウ素(B)が、基板3表面へと拡散することを防ぐことができる。また、熱酸化処理が終了するまで、基板3が酸化性雰囲気中に置かれるようにする場合でもよい。そして、この熱酸化処理により、シリコン酸化膜42は、6000〜7000(Å)程度から10000(Å)程度まで成長する。   In this thermal oxidation treatment, boron (B) existing in a deep region of the substrate 3 is transferred to the surface of the substrate 3 by placing the substrate 3 in an oxidizing atmosphere at least at 1000 (° C.) or higher. It can be prevented from spreading. Alternatively, the substrate 3 may be placed in an oxidizing atmosphere until the thermal oxidation process is completed. By this thermal oxidation treatment, the silicon oxide film 42 is grown from about 6000 to 7000 (Å) to about 10,000 (Å).

次に、図8に示す如く、基板3上にシリコン酸化膜44を、例えば、100〜450Å程度堆積する。次に、シリコン酸化膜44上にフォトレジスト45を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、N型の埋込拡散層10、29、46、47が形成される領域上のフォトレジスト45に開口部を形成する。その後、基板3の表面から、N型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧30〜110(keV)、導入量1.0×1013〜1.5×1015(/cm)でイオン注入し、N型の埋込拡散層10、29、46、47を形成する。その後、フォトレジスト45を除去する。 Next, as shown in FIG. 8, a silicon oxide film 44 is deposited on the substrate 3 by, for example, about 100 to 450 mm. Next, a photoresist 45 is formed on the silicon oxide film 44. Then, an opening is formed in the photoresist 45 on the region where the N type buried diffusion layers 10, 29, 46, 47 are formed using a known photolithography technique. Thereafter, N-type impurities such as phosphorus (P) are ionized from the surface of the substrate 3 at an acceleration voltage of 30 to 110 (keV) and an introduction amount of 1.0 × 10 13 to 1.5 × 10 15 (/ cm 2 ). Implantation is performed to form N type buried diffusion layers 10, 29, 46 and 47. Thereafter, the photoresist 45 is removed.

このとき、図7を用いて上述したように、P型の埋込拡散層7の表面及びその近傍領域のホウ素(B)の濃度は低減しているため、リン(P)とホウ素(B)が相殺する量が低減し、リン(P)の導入量を低減することができる。更に、基板3上にシリコン酸化膜44を形成する熱酸化処理においても、P型の埋込拡散層7の表面及びその近傍領域のホウ素(B)はシリコン酸化膜44へと拡散する。   At this time, as described above with reference to FIG. 7, the concentration of boron (B) on the surface of the P-type buried diffusion layer 7 and in the vicinity thereof is reduced, so that phosphorus (P) and boron (B) Is reduced, and the amount of phosphorus (P) introduced can be reduced. Further, also in the thermal oxidation process for forming the silicon oxide film 44 on the substrate 3, boron (B) in the surface of the P type buried diffusion layer 7 and in the vicinity thereof diffuses into the silicon oxide film 44.

また、フォトレジスト45に開口部を形成する際、P型の埋込拡散層7を形成するときに用いるアライメントマークと同一のアライメントマークを用いる。この製造方法により、N型の埋込拡散層10は、P型の埋込拡散層7に対し位置精度良く形成できるので、P型の埋込拡散層7の所望の領域の這い上がりを抑制することができる。   Further, when forming the opening in the photoresist 45, the same alignment mark as that used when forming the P type buried diffusion layer 7 is used. With this manufacturing method, the N type buried diffusion layer 10 can be formed with high positional accuracy with respect to the P type buried diffusion layer 7, so that the desired region of the P type buried diffusion layer 7 is prevented from creeping up. be able to.

尚、図8以降では、N型の埋込拡散層46はN型の埋込拡散層11と一体に図示し、N型の埋込拡散層47はN型の埋込拡散層12と一体に図示する。   In FIG. 8 and subsequent figures, the N type buried diffusion layer 46 is shown integrally with the N type buried diffusion layer 11, and the N type buried diffusion layer 47 is shown integrally with the N type buried diffusion layer 12. Illustrated.

次に、図9に示す如く、シリコン酸化膜44上にフォトレジスト48を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、P型の埋込拡散層8、9、49、50、51が形成される領域上のフォトレジスト48に開口部を形成する。その後、基板3の表面から、P型不純物、例えば、ホウ素(B)を加速電圧90〜180(keV)、導入量0.5×1014〜1.0×1016(/cm)でイオン注入する。そして、フォトレジスト48を除去する。 Next, as shown in FIG. 9, a photoresist 48 is formed on the silicon oxide film 44. Then, using a known photolithography technique, an opening is formed in the photoresist 48 on the region where the P type buried diffusion layers 8, 9, 49, 50, 51 are formed. Thereafter, P-type impurities such as boron (B) are ionized from the surface of the substrate 3 with an acceleration voltage of 90 to 180 (keV) and an introduction amount of 0.5 × 10 14 to 1.0 × 10 16 (/ cm 2 ). inject. Then, the photoresist 48 is removed.

次に、図10に示す如く、基板3を気相エピタキシャル成長装置のサセプタ上に配置し、基板3上にエピタキシャル層4を形成する。気相エピタキシャル成長装置は、主に、ガス供給系、反応炉、排気系、制御系から構成されている。本実施の形態では、縦型の反応炉を用いることで、エピタキシャル層の膜厚均一性を向上させることができる。その一方で、図7及び図8を用いて上述したように、P型の埋込拡散層7の表面及びその近傍領域のホウ素(B)の濃度は、熱酸化処理により低減されている。また、P型の埋込拡散層7にはN型の埋込拡散層10が重畳して形成されている。そのため、基板3上にエピタキシャル層4を形成する際に、ホウ素(B)のオートドーピング量を低減することができる。   Next, as shown in FIG. 10, the substrate 3 is placed on the susceptor of the vapor phase epitaxial growth apparatus, and the epitaxial layer 4 is formed on the substrate 3. The vapor phase epitaxial growth apparatus mainly includes a gas supply system, a reaction furnace, an exhaust system, and a control system. In the present embodiment, the film thickness uniformity of the epitaxial layer can be improved by using a vertical reactor. On the other hand, as described above with reference to FIGS. 7 and 8, the concentration of boron (B) on the surface of the P-type buried diffusion layer 7 and in the vicinity thereof is reduced by the thermal oxidation treatment. Further, an N type buried diffusion layer 10 is formed so as to overlap the P type buried diffusion layer 7. Therefore, when the epitaxial layer 4 is formed on the substrate 3, the amount of boron (B) autodoping can be reduced.

次に、エピタキシャル層4上にシリコン酸化膜52を、例えば、450(Å)程度堆積する。次に、シリコン酸化膜52上にフォトレジスト53を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、N型の拡散層12が形成される領域上のフォトレジスト53に開口部を形成する。フォトレジスト53をマスクとして用い、エピタキシャル層4の表面からN型不純物、例えば、リン(P)を加速電圧90〜110(keV)、導入量1.0×1013〜1.0×1015(/cm)でイオン注入する。その後、リン(P)を熱拡散し、N型の拡散層13を形成するとともに、熱酸化膜を形成させる。 Next, a silicon oxide film 52 is deposited on the epitaxial layer 4 by about 450 (Å), for example. Next, a photoresist 53 is formed on the silicon oxide film 52. Then, using a known photolithography technique, an opening is formed in the photoresist 53 on the region where the N type diffusion layer 12 is to be formed. Using the photoresist 53 as a mask, an N-type impurity, for example, phosphorus (P) is introduced from the surface of the epitaxial layer 4 at an acceleration voltage of 90 to 110 (keV) and an introduction amount of 1.0 × 10 13 to 1.0 × 10 15 ( / Cm 2 ). Thereafter, phosphorus (P) is thermally diffused to form an N-type diffusion layer 13 and a thermal oxide film is formed.

次に、図11に示す如く、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、所望の形成方法及び順序により、P型の拡散層15、16、17、31、54、55、56及びN型の拡散層14、18、19、30、32を形成する。尚、P型の拡散層15とP型の拡散層16、17、54、55、56とは、同一工程で形成する場合でも、別工程で形成する場合でもよい。   Next, as shown in FIG. 11, the P type diffusion layers 15, 16, 17, 31, 54, 55, and 56 and the N type diffusion layer 14 are formed using a known photolithography technique according to a desired formation method and order. , 18, 19, 30, 32 are formed. The P-type diffusion layer 15 and the P-type diffusion layers 16, 17, 54, 55, and 56 may be formed in the same process or in different processes.

その後、エピタキシャル層4上に絶縁層20として、例えば、PSG膜等を堆積する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、CHF+O系のガスを用いたドライエッチングで、絶縁層20にコンタクトホール21、22、23、33、34、35を形成する。コンタクトホール21、22、23、33、34、35には、アルミ合金、例えば、Al−Si膜を選択的に形成し、コレクタ電極25、39、エミッタ電極26、37及びベース電極27、38を形成する。 Thereafter, for example, a PSG film or the like is deposited on the epitaxial layer 4 as the insulating layer 20. Then, contact holes 21, 22, 23, 33, 34, and 35 are formed in the insulating layer 20 by using a known photolithography technique, for example, by dry etching using a CHF 3 + O 2 gas. In the contact holes 21, 22, 23, 33, 34, and 35, an aluminum alloy, for example, an Al—Si film is selectively formed, and collector electrodes 25 and 39, emitter electrodes 26 and 37, and base electrodes 27 and 38 are formed. Form.

尚、本実施の形態では、基板3全面にP型の埋込拡散層6を形成する場合について説明したがこの場合に限定するものではない。例えば、グランド抵抗を低減したい領域にのみP型の埋込拡散層6を形成する場合でもよい。また、P型の埋込拡散層6は、基板3表面から15〜20(μm)程度まで形成される場合について説明したがこの場合に限定するものではない。例えば、所望のグランド抵抗値に応じて拡散深さを設計変更する場合でもよい。更に、各素子形成領域毎に、P型の埋込拡散層6の拡散深さを変えて形成する場合でもよい。また、P型の埋込拡散層7の這い上がりを抑制するN型の埋込拡散層10は、リン(P)をイオン注入して形成する場合について説明したがこの場合に限定するものではない。例えば、N型不純物としてはヒ素(As)等も用いる場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。   In this embodiment, the case where the P type buried diffusion layer 6 is formed on the entire surface of the substrate 3 has been described. However, the present invention is not limited to this case. For example, the P type buried diffusion layer 6 may be formed only in a region where the ground resistance is desired to be reduced. In addition, the case where the P type buried diffusion layer 6 is formed from the surface of the substrate 3 to about 15 to 20 (μm) has been described, but the present invention is not limited to this case. For example, the design of the diffusion depth may be changed according to a desired ground resistance value. Further, it may be formed by changing the diffusion depth of the P type buried diffusion layer 6 for each element formation region. The N type buried diffusion layer 10 that suppresses the creeping of the P type buried diffusion layer 7 has been described by being formed by ion implantation of phosphorus (P). However, the present invention is not limited to this case. . For example, arsenic (As) or the like may be used as the N-type impurity. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置を説明する(A)断面図、(B)断面図である。1A is a cross-sectional view and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の濃度プロファイルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concentration profile of the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の(A)埋込拡散層のシート抵抗値及び這い上がり幅を説明するための図であり、(B)耐圧特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sheet resistance value and creeping width of the (A) buried diffused layer of the semiconductor device in embodiment of this invention, (B) It is a figure for demonstrating a pressure | voltage resistant characteristic. 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 縦型PNPトランジスタ
2 縦型NPNトランジスタ
3 P型の単結晶シリコン基板
4 N型のエピタキシャル層
5 N型の埋込拡散層
6 P型の埋込拡散層
7 P型の埋込拡散層
10 N型の埋込拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vertical PNP transistor 2 Vertical NPN transistor 3 P type single crystal silicon substrate 4 N type epitaxial layer 5 N type buried diffusion layer 6 P type buried diffusion layer 7 P type buried diffusion layer 10 N Type buried diffusion layer

Claims (9)

一導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された逆導電型のエピタキシャル層と、
少なくとも前記半導体基板に形成された一導電型の第1の埋込拡散層と、
前記半導体基板と前記エピタキシャル層とに渡り形成され、コレクタ領域として用いられる一導電型の第2の埋込拡散層と、
前記半導体基板と前記エピタキシャル層とに渡り形成され、前記半導体基板と前記一導電型の第2の埋込拡散層とを接合分離する逆導電型の第1の埋込拡散層と、
前記一導電型の第2の埋込拡散層とその形成領域を重畳させ、少なくとも前記一導電型の第2の埋込拡散層の上面から這い上がる逆導電型の第2の埋込拡散層と、
前記エピタキシャル層表面から形成され、ベース領域として用いられる逆導電型の拡散層と、
前記エピタキシャル層表面から形成され、コレクタ領域として用いられる一導電型の第1の拡散層と、
前記逆導電型の拡散層に形成され、エミッタ領域として用いられる一導電型の第2の拡散層とを有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate of one conductivity type;
An opposite conductivity type epitaxial layer formed on the semiconductor substrate;
A first buried diffusion layer of one conductivity type formed on at least the semiconductor substrate;
A second buried diffusion layer of one conductivity type formed over the semiconductor substrate and the epitaxial layer and used as a collector region;
A reverse conductivity type first buried diffusion layer formed across the semiconductor substrate and the epitaxial layer and joining and separating the semiconductor substrate and the one conductivity type second buried diffusion layer;
A second buried diffusion layer of opposite conductivity type that overlaps the formation region of the second buried diffusion layer of one conductivity type and rises from the upper surface of at least the second buried diffusion layer of one conductivity type; ,
A reverse conductivity type diffusion layer formed from the surface of the epitaxial layer and used as a base region;
A first diffusion layer of one conductivity type formed from the surface of the epitaxial layer and used as a collector region;
And a second diffusion layer of one conductivity type formed in the opposite conductivity type diffusion layer and used as an emitter region.
前記半導体基板及び前記エピタキシャル層を複数の素子形成領域に区画する分離領域とを有し、
前記一導電型の第1の埋込拡散層は、前記複数の素子形成領域に渡り形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
An isolation region that partitions the semiconductor substrate and the epitaxial layer into a plurality of element formation regions;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductivity type first buried diffusion layer is formed across the plurality of element formation regions.
前記半導体基板の比抵抗値は、40〜60(Ω・cm)であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a specific resistance value of the semiconductor substrate is 40 to 60 (Ω · cm). 前記第1の一導電型の埋込拡散層は、前記半導体基板表面から15〜20(μm)まで拡散していることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the first conductivity type buried diffusion layer is diffused from the surface of the semiconductor substrate to 15 to 20 ([mu] m). 一導電型の半導体基板を準備し、前記半導体基板に逆導電型の第1の埋込拡散層を形成した後、前記半導体基板の前記逆導電型の第1の埋込拡散層よりも広い領域に渡り、一導電型の第1の埋込拡散層を形成する工程と、
前記逆導電型の第1の埋込拡散層とその形成領域を重畳させるように、前記半導体基板に一導電型の第2の埋込拡散層を形成する工程と、
前記一導電型の第2の埋込拡散層が形成された領域に逆導電型の不純物をイオン注入し、逆導電型の第2の埋込拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板上に逆導電型のエピタキシャル層を形成し、前記エピタキシャル層表面からコレクタ領域として用いる一導電型の第1の拡散層と、ベース領域として用いる逆導電型の拡散層と、エミッタ領域として用いる一導電型の第2の拡散層とを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
After preparing a semiconductor substrate of one conductivity type and forming a first buried diffusion layer of opposite conductivity type on the semiconductor substrate, a region wider than the first buried diffusion layer of opposite conductivity type of the semiconductor substrate Forming a first buried diffusion layer of one conductivity type,
Forming a first conductivity type second buried diffusion layer on the semiconductor substrate so that the first conductivity diffusion region of the opposite conductivity type overlaps the formation region;
A step of ion-implanting a reverse conductivity type impurity into the region where the one conductivity type second buried diffusion layer is formed to form a reverse conductivity type second buried diffusion layer;
A reverse conductivity type epitaxial layer is formed on the semiconductor substrate, a first conductivity type diffusion layer used as a collector region from the surface of the epitaxial layer, a reverse conductivity type diffusion layer used as a base region, and an emitter region And a step of forming a second diffusion layer of one conductivity type to be used.
前記一導電型の第1の埋込拡散層を形成する工程では、前記半導体基板全面に前記一導電型の第1の埋込拡散層を形成することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 6. The semiconductor according to claim 5, wherein in the step of forming the first buried diffusion layer of one conductivity type, the first buried diffusion layer of one conductivity type is formed on the entire surface of the semiconductor substrate. Device manufacturing method. 前記一導電型の第1及び第2の埋込拡散層を形成する不純物はホウ素であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the impurity forming the first conductivity type first and second buried diffusion layers is boron. 前記逆導電型の第2の埋込拡散層を形成する不純物をイオン注入する工程前に、前記半導体基板に対し熱酸化工程を行うことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a thermal oxidation step is performed on the semiconductor substrate before the step of ion-implanting the impurity forming the second buried diffusion layer of the reverse conductivity type. . 前記熱酸化工程と前記逆導電型の第2の埋込拡散層を形成する不純物をイオン注入する工程との間には、非酸化性雰囲気中での熱処理工程を行わないことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 A heat treatment step in a non-oxidizing atmosphere is not performed between the thermal oxidation step and the step of ion-implanting impurities forming the second conductivity type second buried diffusion layer. Item 9. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 8.
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