JPS62295450A - 半導体集積回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （イ）産業上の利用分野 本発明は縦型ＰＮＰトランジスタと半導体注入集積論理
回路（以下、ＩＩＬと略す）とを組み込んだ半導体集積
回路に関し、特に微細化し且つ特性良好なＶ−ＰＮＰト
ランジスタとＩＩＬとを共存させた半導体集積回路に関
する。

（ロ）従来の技術 従来の縦型ＰＮＰ）ランジスタとＩＩＬとを共存させた
半導体集積回路は第４図に示す如く、Ｐ型半導体基板（
１）上に積層して形成したＮ型エピタキシャル層（２）
と、基板（１）表面に形成した複数個のＮ＋型の埋込層
（３ａ）（３ｂ）と、埋込層（３ａ＞（３ｂ）を各々取
囲む様にエピタキシャル層（２）を貫通したＰ１型の上
下分離領域（４）と、上下分離領域（４）により島状に
分離された複数の島領域（５ａ）（５ｂ）と、埋込層（
３ａ）に重畳して形成したＰ１型のコレクタ埋込層（６
）と、島領域（５ａ）表面のコレクタ埋込層（６）に対
応した領域にイオン注入により形成したＮ型ベース領域
（７）と、エピタキシャル層（２）表面からコレクタ埋
込層（６）まで達し、且つベース領域（７）を囲む様に
形成したＰ型のコレクタ導出領域（８）と、ベース領域
（７）表面に形成したＰ型のエミッタ領域（９）及びＮ
＋型のベースコンタクト領域（１０）と、島領域（５ｂ
）表面に形成したＰ型の活性ベース領域（１１）と、活
性ベース領域（１１）表面に形成したＮ＋型のコレクタ
領域（１２）と、コレクタ領域（１２）を取囲むように
形成した活性ベース領域（１１）より浅いＰ型の非活性
ベース領域（１３）と、島領域（５ｂ）表面に形成した
Ｐ型のインジェクタ領域（１４）と、酸化膜（１５）及
びこれに開孔したコンタクトホールを介して各領域とオ
ーミックコンタクトする電極（１６）とで構成されてい
る。

そして上下分離領域（りは、エピタキシャル層（２）表
面から下方向に拡散した上拡散層（１７）と、基板（１
）表面から上方向に拡散した下拡散層（１８）とで形成
され、この半導体集積回路は上拡散層（１７）と下拡散
層（１８）とを同時に拡散し、且つその工程でコレクタ
埋込層（６）、ベース領域（７）及び活性ベース領域（
１１）をドライブインして製造される。

このように島領域（５ａ）に形成した縦型ＰＮＰ）ラン
ジスタは、ベースとして活性な領域の一部をイオン注入
により形成したベース領域（７）で形成するので、ｆＴ
が高い、ｈｏのばらつきが少い利点を有する。局所る構
造の縦型ＰＮＰ’）ランジスタは例えば特開昭５９−２
１１２７０号公報に記載されている。

また島領域（５ｂ）に形成したＩＩＬは、島領域（５ｂ
）をエミッタとする逆方向縦型ＮＰＮ）ランジスタのベ
ースを低濃度で深い活性ベース領域（１１）で形成する
ので、ベース幅が広くても高い逆βが得られ、そのばら
つきが少い利点を有する。局所る構造のＩＩＬは、例え
ば特願昭６０−２０６９７１号に記載されている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の半導体集積回路では上下分離領域
（４）を拡散すると同時にコレクタ埋込層（６）、ベー
ス領域（７）及び活性ベース領域（１１）をドライブイ
ンするため、上下分離領域（４）の拡散工程にはそれら
の領域を十分に深く拡散して所定の特性を得るだけの処
理時間が要求される。従って上拡散層（１７）をかなり
深く形成しなければならず、エピタキシャル層（２）表
面における上下分離領域（４）の占有面積が大で集積度
を向上できない欠点があった。

さらに縦型ＰＮＰトランジスタにおいてはＶ。。

（ｓａｔ）を保つためにエピタキシャル層（２）を厚く
した方が望ましく、ＩＩＬにおい量は高速性を保つため
にエピタキシャル層（２）を薄くした方が望ましいとい
う相反する特性があり、双方の特性を同時に満足させる
ことが難しい欠点があった。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は衛士した欠点に鑑みてなされ、基板（２１）表
面から上方向へエピタキシャル層（２２）表面に到達す
るように形成したＰ＋型分離領域（２４）と、埋込層（
２３ａ）に重畳し基板（２１）表面から上方向へエピタ
キシャル層（２２）表面に到達するように形成したＰ型
コレクタ埋込層（２６）と、島領域（２５ａ）（２５ｂ
）表面に形成したＮ型ベース領域（２７）及びＰ型活性
ベース領域（３１）とを具備することにより、集積度を
大幅に向上し且つ特性良好な縦型ＰＮＰ　トランジスタ
とＩＩＬとを共存許せた半導体集積回路を提供するもの
である。

（＊）作用 本発明によれば、分離領域（２４）を基板（２１）表面
から上方向へエピタキシャル層（２２）表面に到達する
ように形成したので、エピタキシャル層（２２）表面で
の分離領域（２４）の横方向拡散は極く少い。

従ってエピタキシャル層（２２）表面における分離領域
（２４）の表面占有面積は拡散窓の面積よりやや大きい
程度になるため、集積度を大幅に向上できる。また分離
領域（２４）と同様にコレクタ埋込層（２６）も上方向
に大きく拡散され、且つその工程で活性ベース領域（３
１）を深く形成できるので、特性良好な縦型ＰＮＰ　ト
ランジスタとＩＩＬとを共存させた半導体集積回路を提
供できる。

（へ）実施例 以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図であり、Ｐ
型半導体基板（２１）上に積層して形成したＮ型エピタ
キシャル層（２２）と、基板（２１）表面に形成した複
数個のＮ＋型埋込層（２３ａ）（２３ｂ）と、埋込層（
２３ａ）（２３ｂ）を取囲むようにエピタキシャル層（
２２）を貫通したＰ＋型分離領域（２４）と、この分離
領域（２４）により島状に分離された複数の島領域（２
５ａ）（２５ｂ）と、埋込層（２３ａ）に重畳し且つエ
ピタキシャル層（２２）表面に到達するように形成した
Ｐ型のコレクタ埋込層（２６）と、島領域（２５ａ）表
面のコレクタ埋込層（２６）に対応した領域にイオン注
入により形成したＮ型のベース領域（２７）と、ベース
領域（２り）を取囲むように形成したＰ型のコレクタ導
出領域（２８）と、ベース領域（２７）表面に形成した
Ｐ型のエミッタ領域（２９）及びＮ＋型のベースコンタ
クト領域（３０）と、島領域（２５ｂ）表面にその底部
が埋込層（２３ｂ）と近接又は接触するようにイオン注
入により形成したＰ型の活性ベース領域（３１）と、活
性ベース領域（３１）表面に形成した複数個のＮ′″型
コレクタ領域（３２）と、コレクタ領域（３２）を取囲
むように形成したＰ型非活性ベース領域（３３）と、島
領域（２５ｂ）表面に形成したＰ型インジェクタ領域（
３４）とで構成され、島領域（５ａ）には縦型ＰＮＰト
ランジスタが、島領域（５ｂ）にはＩＩＬが形成されて
いる。尚（３５）は酸化膜、（３６）は電極である。

そして本発明の特徴とする分離領域（２４）は、基板（
２１）表面から上方向へ拡散し、その最上部がエピタキ
シャル層（２２）表面に到達するように形成しである。

分離領域（２４）をこのように形成すると、基板（２１
）表面ではその横方向拡散により拡散した深さの分だけ
かなり幅広になるものの、エピタキシャル層（２２）表
面では横方向拡散がほとんど無い＝７− ので幅狭になる。つまり、例えば拡散窓の線幅を４μ、
エピタキシャル層（２２）の厚みを約６μとすると、分
離領域（２４）の幅はその周端部が横方向拡散によって
湾曲するため、基板（２１）表面で約１６μにも達する
が徐々に幅狭になってエピタキシャル層（２２）表面で
は４μ程度になる。従ってエピタキシャル層（２２）表
面における分離領域（２４）の占有面積は拡散窓の面積
に等しいか又はやや大きい程度であり、横方向拡散が無
い分だけ表面占有面積を従来より縮小できるので集積度
を大幅に向上できる。この時コレクタ導出領域（２８）
やインジェクタ領域（３４）等の周端部も横方向拡散に
よって分離領域（２４）周端部から遠ざかるように湾曲
するので、両者には十分な離間距離があり、表面におけ
る集積度の向上を防げない。

以下、本発明の第１の実施例の製造方法を説明する。

先ず第２図（イ）に示す如く、Ｐ型半導体基板（２１）
表面に埋込層（２３ａ）（２３ｂ）を形成するアンチモ
ン（Ｓｂ）を付着し、埋込層（２３ａ）上と埋込層（２
３ａ）（２３ｂ）を夫々囲む基板（２１）表面にはコレ
クタ埋込層（２６）と分離領域（２４）を形成するボロ
ン（Ｂ）を付着する。

次に第２図（ロ）に示す如く、基板（２１）全面に周知
の気相成長法にてＮ型エピタキシャル層（２２）を約４
〜７μ厚に積層し、島領域（２５ａ）表面のコレクタ埋
込層（２６）に対応した領域にはベース領域（２７）を
形成するリン（Ｐ）を、島領域（２５ｂ）表面には活性
ベース領域（３１）を形成するボロン（Ｂ）を例えばイ
オン注入法により付着しておく。

さらに第２図（ハ）に示す如く、約１２００°Ｃ５３時
間程度の熱処理を加えて分離領域（２４）を拡散し、そ
の最上部がエピタキシャル層（２２）表面に到達するよ
うに形成する。この工程でコレクタ埋込Ｍｌ（２６）も
エピタキシャル層（２２）表面に到達するように形成詐
れるので、エピタキシャル層（２２）上部では不純物濃
度が低下し、実質的にコレクタとして用いることができ
るようになる。またベース領域（２７）はエピタキシャ
ル［１（２２）表面より深き約２μに形成され、活性ベ
ース領域（３１）は深き約３μに形成される。

そして第２図（ニ）に示す如く、島領域（２５ａ）には
Ｐ型のエミッタ領域（２９）及びコレクタ導出領域（２
８）を、島領域（２５ｂ）にはＰ型の非活性ベース領域
（３３）及びインジェクタ領域（３４〉を深さ約１．５
μに拡散形成し、続いて島領域（２５ａ）にはＮ＋型の
ベースコンタクト領域（３０）を、島領域（２５ｂ）に
はＮ＋型のコレクタ領域（３２）を深さ約１μに形成す
る。尚島領域（２５ａ）のエミッタ領域（２９）とコレ
クタ導出領域（２８）及び島領域（２５ｂ）（７）非活
性ベース領域（３３）とインジェクタ領域（３４）はＮ
ＰＮ　トランジスタのベース拡散工程で形成し、島領域
（２５ａ）のベースコンタクト領域（３０）及び島領域
（２５ｂ）のコレクタ領域（３２）はＮＰＮ）ランジス
タのエミッタ拡散工程で形成する。

このようにして島領域（２５ａ）に形成した縦型ＰＮＰ
）ランジスタは、コレクタ埋込層（２６）が埋込層（２
３ｇ）より大きく上方向に拡散されるので、ＶＣＩ（ｓ
ａｔ）を低く　Ｉ　ｃ（ｍａｘ）を大きくできる。しか
もベース領域（２７）がコレクタ埋込層（２６）により
完全に囲まれ、ベースの全てを拡散により形成したベー
ス領域（２７）のみで形成できるので、縦型ＰＮＰトラ
ンジスタのｆＴを高くでき、エピタキシャル層（２２）
のばらつきによるｈ□のばらつきを抑えられる。

また島領域（２５ｂ）に形成したＩＩＬは、エピタキシ
ャル層（２２）の厚みを適切な値に設定し分離領域（２
４）の拡散工程に十分な処理時間を与えれば、活性ベー
ス領域（３１）底部と埋込層（２３ｂ）最上部とをかな
り接近きせる又は接触させることができる。接触させる
ことができれば、ＩＩＬの逆方向縦型ＮＰＮ）ランジス
タのエミッタ・ベース接合がエピタキシャル層（２２）
より高不純物濃度の領域の接合になるので、少数キャリ
ア（電子）の注入効率が増し、高い逆βと良好な高速性
が得られ、さらに活性ベース領域（３１）がかなり深く
形成できるので、エピタキシャル層（２２〉の厚みのば
らつきに伴う逆βのばらつきを抑えられる。しかもこの
ような設定を行っても、エピタキシャル層（２２）表面
における集積度はほとんど犠牲にならない。

ところで、Ｐ型不純物であるボロン（Ｂ）はシリコン（
Ｓｉ）中より酸化膜（Ｓｉｆｔ）中の方が拡散係数が大
であることが知られている。そのため上記第１の実施例
では分離領域（２４）を形成するボロン（Ｂ）が酸化膜
（３５）に吸収されてエピタキシャル層（２２）表面に
おける不純物濃度が不足し、そこにＮ型反転層を生じる
可能性がある。

第３図は斯る点を改良した本発明の第２の実施例を示す
断面図で、その特徴とする点は、分離領域（２４）の開
口部に重畳してＰ型の反転防止領域（３７）を形成した
点にある。反転防止領域（３７）は非活性ベース領域（
３３）等と同時に拡散形成し、その開口部は分離領域（
２４）の開口部よりやや大とする。

尚第３図において、第１図に示した領域と同一の領域に
は同一の符号を付して説明は省略する。

このように形成した半導体集積回路では、反転防止領域
（３７）がエピタキシャル層（２２）表面における分離
領域（２４）の不純物濃度の低下を補い、Ｎ型反転層の
発生を抑えて耐圧の劣化を防止することができる。尚コ
レクタ導出領域（２８）についても同１２一 様のことが言える。また、反転防止領域（３７）とイン
ジェクタ領域（３４）やコレクタ導出領域（２８）等と
は１枚のマスクで同時に形成できるので、セルファライ
ンによりそれらの離間距離を約３〜４μに制御性良く縮
小できる。さらに反転防止領域（３７）には、基板（２
１）に接地電位を印加するための電極を分離領域（２４
）上に配設する際に、あらかじめ分離領域（２４）上に
かなり厚く形成された酸化膜（３５）を除去してコンタ
クトホールのエツチング性を良くする°意味もある。

そして本発明による半導体集積回路は、縦型ＰＮＰ）ラ
ンジスタとＩＩＬとを共存させると同時に、縦型ＰＮＰ
　トランジスタのエミッタ領域（２９）とコレクタ導出
領域（２８）及びＩＩＬの非活性ベース領域（３３）と
インジェクタ領域（３４）をＮＰＮトランジスタのベー
ス拡散工程で、縦型ＰＮＰ　トランジスタのベースコン
タクト領域（３０）及びＩＩＬのコレクタ領域（３２）
をＮＰＮ　トランジスタのエミッタ拡散工程で形成する
ことにより、通常のＮＰＮトランジスタとも容易に共存
させることができる。

（ト〉発明の詳細 な説明した如く、本発明によれば分離領域（２４）を基
板（２１）表面から上方向へエピタキシャル層（２２）
表面に到達するように形成したので、エピタキシャル層
（２２）表面における分離領域（２４）の表面占有面積
を縮小し、分離領域（２４）とインジェクタ領域（３４
）やコレクタ導出領域（２８）等との離間距離を縮めて
集積度を大幅に向上できる利点を有する。また集積度を
犠牲にせずに、縦型ＰＮＰ　ｌ−ランジスタにおいては
コレクタ埋込層（２６）が埋込層（２３ａ）より大きく
はい上り且つベースの全てをベース領域（２７〉のみで
形成でき、ＩＩＬにおいては活性ベース領域（３１）を
十分深く形成できるので、特性良好な縦型ＰＮＰ　トラ
ンジスタとＩＩＬとを容易に共存できる利点を有する。

さらに本発明の第２の実施例によれば、分離領域（２４
）表面に反転防止領域（３７）を形成したので、分離領
域（２４）表面のＮ型反転層の発生を抑え、耐圧の劣化
を防止できる利点を有する。また、反転防止領域（３７
）をセルファラインにより形成できるので、両者のパタ
ーンサイズを制御性良く縮小できる利点を有し、しかも
電極を配設する際にエツチング性が良い利点を有する。

そうして本発明による半導体集積回路は、従来の上下分
離領域（４）の上拡散層（７）が不要になるので、工程
を１つ省略でき、しかも一般的なＮＰＮトランジスタと
容易に共存できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するための断面図
、第２図（イ）乃至（ニ）は本発明の製造方法　　。 を説明するための工程断面図、第３図は本発明の第２の
実施例を説明するための断面図、第４図は従来例を説明
するための断面図である。 （２１）はＰ型半導体基板、　（２２）はＮ型エピタキ
シャル層、　（２４）はＰ＋型分離領域、　（２６）は
Ｐ＋型コレクタ埋込層、（２７）はＮ型ベース領域、（
２８）はＰ型コレクタ導出領域、　（３１）はＰ型活性
ベース領域、（３４）はインジェクタ領域、（３７）は
反転防止領域である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一導電型半導体基板上に形成した逆導電型のエピ
   タキシャル層と、前記基板表面に形成した複数個の逆導
   電型埋込層と、該埋込層を取囲むように且つ前記基板表
   面から上方向へ前記エピタキシャル層表面に到達するよ
   うに形成した一導電型の分離領域と、該分離領域により
   島状に分離された複数個の島領域と、１つの前記島領域
   の前記埋込層に重畳し且つ前記基板表面から上方向へ前
   記エピタキシャル層表面に到達するように形成した実質
   的にコレクタとなる一導電型のコレクタ埋込層と、該コ
   レクタ埋込層開口部表面に形成した逆導電型のベース領
   域と、該ベース領域表面に形成した一導電型のエミッタ
   領域及び逆導電型のベースコンタクト領域と、前記コレ
   クタ埋込層開口部の残りの部分を覆うように形成した一
   導電型のコレクタ導出領域と、他の前記島領域表面に形
   成した一導電型の活性ベース領域と、該活性ベース領域
   表面に形成した逆導電型のコレクタ領域と、該コレクタ
   領域を囲むように形成した一導電型の非活性ベース領域
   と、前記他の島領域表面に形成した一導電型のインジェ
   クタ領域とを具備することを特徴とする半導体集積回路
   。
2. （２）前記分離領域開口部表面にその開口部より大きい
   一導電型の反転防止領域を形成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の半導体集積回路。