JPH0654798B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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JPH0654798B2
JPH0654798B2 JP60046399A JP4639985A JPH0654798B2 JP H0654798 B2 JPH0654798 B2 JP H0654798B2 JP 60046399 A JP60046399 A JP 60046399A JP 4639985 A JP4639985 A JP 4639985A JP H0654798 B2 JPH0654798 B2 JP H0654798B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、高集積かつ高性能なバイポーラ型の半導体
集積回路装置の製造方法に関する。
(従来の技術) 第2図は特願昭58−104260号公報により開示さ
れたバイポーラ型半導体集積回路装置の断面構造図であ
り、1はP型シリコン基板、2はN型埋込層、3は
素子分離シリコン酸化膜である。
ここでN型埋込層2上には、N型エピタキシヤル層
4、P型層5が形成されており、このP型層5には、N
型層6が形成されている。
P型層6には、P型層7とN型層8が形成されてお
り、N型層6はベース、P型層5はコレクタ、P型層
7はエミツタとするPNPトランジスタが形成されてい
る。
また、N型層6をエミツタ、P型層5をベース、N
埋込層2をコレクタとするNPNトランジスタが形成さ
れており、これらのPNPトランジスタとNPNトラン
ジスタが分離酸化膜3によつて周囲を画定されたシリコ
ン島領域内に併合形成され、独立したゲートを構成して
いる。
第3図は上記ゲートの等価回路であり、Q1,Q2は各々上
記PNPトランジスタおよびNPNトランジスタであ
る。また、第2図および第3図において、Vは0.7〜0.9
Vの電源電極、Gは接地電極、Iは入力電極、O1,O2,O3
は出力電極であり、O1,O2,O3はNエピタキシヤル層4
との界面にシヨツトキバリヤダイオード(以下SBDと
呼ぶ)D1,D2,D3を構成し、互いに分離されている。
上記ゲートの動作は第3図の等価回路から明らかなよう
に、集積注入論理(Integrated Injection Logic:以下
Lと呼ぶ)とほぼ同等であり、複数のゲートの出力
を互いに結線して、次段ゲートの入力とするワイヤード
アンド(Wired AND)によつて論理を構成する飽和型デ
ジタル論理ゲートである。
なお、第2図のN型層8は、接地電極GをN型層6と
オーミツク性接続するために設けられたもので、N型層
6の不純物濃度が十分に高い場合には不要となる。
通常のILにおいては、PNPトランジスタQ1を横型
(ラテラル)トランジスタ、NPNトランジスタQ2を倒
立動作縦型(バーテイカル)トランジスタで構成するた
め、両トランジスタの特性が不十分であるのに対し、第
2図に示す構造では、PNPトランジスタQ1、NPNト
ランジスタQ2をともに順方向動作の縦型トランジスタで
構成しているため無効電力が少く、高速動作に適した構
造になつている。
したがつて、ILと同等の高集積性を保ち、ILよ
りも高速に動作する集積回路装置を実現させ得る構造で
ある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、既存の技術によつて、上記構造を形成す
るには、P型層5、N型層6、P型層7を順次拡散形
成する3重拡散トランジスタをPNPトランジスタQ1
して用いる必要があつた。
しかし、一般に高性能のトランジスタを3重拡散によつ
て得ることは極めて困難であり、再現性にも乏しいとい
う欠点がある。
また、P型層5は低濃度に形成することが必要なため、
NPNトランジスタQ2のベース抵抗が大きくなり、高速
動作を阻害し、さらに横方向注入による無効電力が大き
く、高い電流増幅率を得ることが困難となる。
この問題点を回避するためには、NPNトランジスタの
不活性ベースを高濃度化する新たな写真蝕刻工程と拡散
工程が要求され、工程の複雑化を招く欠点がある。
この発明は、前記従来技術がもつている問題点のうち、
3重拡散による高性能トランジスタの製造の困難性と、
高速動作の阻害と高電流増幅率を得ることの困難性と、
工程の複雑化という点について解決した半導体集積回路
装置の製造方法を提供するものである。
(問題点を解決するための手段) この発明は、半導体集積回路装置の製造方法において、
表面に高濃度の第2導電型の第1領域を有する第1導電
型の半導体基板を準備する工程と、この第1領域の一部
である第2領域に第1導電型の不純物を導入する工程
と、この後、前記半導体基板の表面に、低濃度の第2導
電型半導体層を形成する工程と、この半導体層表面の前
記第2領域の周辺部に対応する領域に選択的に第1導電
型の不純物を導入すると共に、前記第2領域に導入され
た第1導電型の不純物を前記半導体層に拡散させて第1
導電型の第3領域を形成し、前記周辺部を除く前記第2
領域に対応する半導体層を前記第3領域で囲まれた第2
導電型の第4領域とする工程と、この第4領域表面に高
濃度第1導電型領域である第5領域および高濃度第2導
電型領域である第6領域を形成する工程と、前記第3、
第5および第6領域ならびに前記第3領域に接する前記
低濃度の第2導電型半導体層の表面に電極を形成するこ
とにより前記第3ないし第6の領域で第1のバイポーラ
トランジスタを形成し、前記第3、第4および第6領域
ならびに前記第3領域に接する低濃度の第2導電型半導
体層とで第2のバイポーラトランジスタを形成する工程
とを導入したものである。
(作用) この発明によれば、半導体集積回路装置の製造方法に以
上のような工程を導入したので、第1領域から第1導電
型の高濃度の第3領域の表面側領域を拡散で形成され、
そのイオン注入ドーズ量により、PNPトランジスタの
電流利得をそのエミツタの拡散深さにより独立に制御で
きかつ第3領域の底部側領域の低抵抗により第3領域の
表面側領域の横方向への無効電流注入を抑制するように
作用し、したがつて、前記問題点を除去できる。
(実施例) 以下、この発明の半導体集積回路装置の製造方法の実施
例について図面に基づき説明する。第1図(A)ないし第
1図(E)はその一実施例の工程説明図である。この第1
図(A)〜第1図(E)において、第2図と同一部分には同一
符号を付して説明する。
まず第1図(A)のように、半導体基体としてのP型シ
リコン基板1にN型埋込拡散層2を形成したのち、表
面に薄いシリコン酸化膜10を形成し、レジスト11を
マスクとして、硼素をイオン注入し、不活性雰囲気中で
アニールする。
型埋込拡散層2の形成にはエピタキシヤル工程での
オートドープの少いアンチモンを不純物として用いるの
が適当であり、表面濃度は1019〜1020cm-3程度、層
抵抗は50Ω/□以下、好ましくは20〜30Ω/□程
度が好適である。
また、硼素のドーズ量は1×1013〜5×1013程度が
適当であり、素子分離を完全にするためのチヤンネルス
トツプ層(図示していない)を兼ねることができる。な
お、イオン注入のマスクとしては、厚い酸化膜若しくは
その他の材料としてもよい。
次いで、第1図(B)のように、不純物濃度1016cm-3
後、厚さ2〜3μmのN型エピタキシヤル層4を形成
し、公知の方法によつて素子分離シリコン酸化膜3によ
り分離を行なう。その後、素子領域表面に酸化膜を形成
し、不活性P型層形成用の開口を行なう。
この時点では、破線で示した領域にイオン注入されてい
る硼素は通例高濃度のN型埋込層2に埋没しており、
まだ活性P型層は形成されていない。
次に、第1図(C)のように、複数の島領域に分割する素
子分離を行うために、不活性P型層51をN型エピタキ
シヤル層4に拡散形成し、PNPトランジスタのエミツ
タ用の開口を行なう。不活性P型層51は表面濃度10
19〜1020cm-3程度の高濃度に形成され、その熱処理に
よつて、埋込拡散層2内に含まれていた硼素が上方拡散
して活性P型層52を形成し、不活性P型層51と接続
して、N型層6をエピタキシヤル層4から分離する。
次に、第1図(D)に示すように、PNPトランジスタの
エミツタとなるP型層7を拡散形成し、N型層6のオ
ーミツクコンタクト用N層の開口を行う。このP
層7の拡散深さによつて、PNPトランジスタの電流利
得が制御される。
引続き、第1図(E)のようにN型層8を拡散形成し、
通常のコンタクトホール開口、金属配線工程を経て、第
2図に示したのと同様の半導体集積回路装置が完成され
る。
このように、この発明の実施例の製造方法によれば、N
PNトランジスタの電流利得は硼素のイオン注入ドーズ
量により、またPNPトランジスタの電流利得はP
層7の拡散深さにより、それぞれ独立に制御できるので
再現性よく高利得を得ることが可能となる。
また、P型層は活性P型層52と不活性P型層51の二
つの部分より成り、NPNトランジスタの活性ベースと
なる活性P型層52を取りまくNPNトランジスタのベ
ース抵抗は著しく減少し、また、横方向への無効電流注
入が大幅に抑制され、スイツチング周波数が改善され、
高速動作が可能となる。
既に述べたように、第2図に示す半導体集積回路装置は
Lと同じ動作をする。通常のILではPNPトラ
ンジスタのエミツタ接地電流利得は1〜4程度であるの
に対し、この発明の製造方法により得られる半導体集積
回路装置においては、100以上とすることも容易であ
り、無効電力が減少し、かつ論理振幅がSBDによつて
ほぼ半減するため、低消費電力性が著しく向上する。
一方、ILのNPNトランジスタは、複数のコレクタ
を持つ場合、電流利得は10以下、通例5以下であり、
遮断周波数も50MHz程度と低いが、この発明によつて
得られる半導体集積回路装置においては、100以上の
利得1GHz前後の遮断周波数が容易に得られるため、著
しく高速性、負荷駆動能力が向上する。
また、従来の3重拡散法と比較して、この発明の製造方
法では素子分離のチヤンネルガツト層形成と同時に活性
P型層52を形成することができるため、実質的に写真
蝕刻工程および拡散工程が各1回減少し、工程が短縮さ
れる利点がある。
さらに、この発明の製造方法により、P型層7および
型層8を用いて通常のバイポーラトランジスタを同
一基板上に形成することが可能であり、高利得のPNP
トランジスタや抵抗素子が形成できることは言うまでも
ない。
したがつて、この発明の製造方法により得られる第2図
に示されるような半導体集積回路装置は、デジタル・ア
ナログ回路混載型などに代表される複合集積回路装置に
適し、特に、その動作がILと同じであることから、
従来ILによつて製造されていた製品群に広範な応用
分野がある。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、この発明によれば、第1導
電型の半導体基体上の第2導電型の第1の領域に第1導
電型の不純物を導入して、その上に第2導電型のエピタ
キシヤル層を成長させ、エピタキシヤル層の一部の底面
に第1導電型の不純物を上方拡散させた領域を形成する
とともに、この領域の側面にエピタキシヤル層の表面か
ら拡散させた第1導電型の領域を形成して両領域から成
る第3領域とし、島領域のエピタキシヤル層を第3領域
によつて側面と底面を画定するようにしたので、以下に
列挙するごとき効果を奏する。
(1)再現性よく高利得が得られる。
(2)高速動作が可能となるとともに負荷駆動能力が向上
する。
(3)低消費電力性が著しく向上する。
(4)工程が短縮される。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)ないし第1図(E)はこの発明の半導体集積回路
装置の製造方法の一実施例の工程説明図、第2図は従来
の半導体集積回路装置の断面図、第3図は第2図の半導
体集積回路装置の等価回路図である。 1……P型シリコン基板、2……N型埋込拡散層、
3……素子分離シリコン酸化膜、4……N型エピタキシ
ヤル層、51……不活性P型層、52……活性P型層、
6……N型層、7……P型層、8……N型層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に高濃度の第2導電型の第1領域を有
    する第1導電型の半導体基板を準備する工程と、 この第1領域の一部である第2領域に第1導電型の不純
    物を導入する工程と、 この後、前記半導体基板の表面に、低濃度の第2導電型
    半導体層を形成する工程と、 この半導体層表面の前記第2領域の周辺部に対応する領
    域に選択的に第1導電型の不純物を導入すると共に、前
    記第2領域に導入された第1導電型の不純物を前記半導
    体層に拡散させて第1導電型の第3領域を形成し、前記
    周辺部を除く前記第2領域に対応する半導体層を前記第
    3図領域で囲まれた第2導電型の第4領域とする工程
    と、 この第4領域表面に高濃度第1導電型領域である第5領
    域および高濃度第2導電型領域である第6領域を形成す
    る工程と、 前記第3、第5および第6領域ならびに前記第3領域に
    接する前記低濃度の第2導電型半導体層の表面に電極を
    形成することにより前記第3ないし第6の領域で第1の
    バイポーラトランジスタを形成し、前記第3、第4およ
    び第6領域ならびに前記第3領域に接する低濃度の第2
    導電型半導体層とで第2のバイポーラトランジスタを形
    成する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路
    の製造方法。
  2. 【請求項2】前記第3領域に接する低濃度の第2導電型
    半導体層の表面には複数の電極を形成し、集積注入論理
    回路を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体集積回路の製造方法。
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