JPS6057950A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6057950A
JPS6057950A JP16498483A JP16498483A JPS6057950A JP S6057950 A JPS6057950 A JP S6057950A JP 16498483 A JP16498483 A JP 16498483A JP 16498483 A JP16498483 A JP 16498483A JP S6057950 A JPS6057950 A JP S6057950A
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JP
Japan
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oxide film
collector
groove
isolation
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP16498483A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Kobayashi
徹 小林
Hiroshi Hososaka
細坂 啓
Mitsuo Usami
光雄 宇佐美
Akihisa Uchida
明久 内田
Motonori Kawaji
河路 幹規
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6057950A publication Critical patent/JPS6057950A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/763Polycrystalline semiconductor regions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

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】 〔技術分野〕 この発明は、半導体技術さらには累子分離技術九関し、
例えばバイポーラ集積回路装置における素子分離領域の
形成に利用して有効な技術に関する。
〔背景技術〕
現在、半導体集積回路における素子間の分離法として、
拡散層を用いた接合分離法と基板表面の選択酸化膜を利
用した酸化膜分離法が行なわれている。ところが、これ
らの分離方法では、素子分層領域の幅が比較的大きくさ
れてしまい、素子を微細化して行くに従って素子分離領
域の占める割合が大きくなりLSI(大規模集積回路)
の高密度化を図る上での障害となる。そこで、本出願人
は、素子分層領域となる部分を削ってU字状の溝(以下
U溝と称する)を形成し、このU溝の内側に酸化膜を形
成してからU溝の中をポリシリコン(多結晶シリコン)
で埋めることによって素子分離領域とするU溝分離法と
称する分離技術を提案した(日経エレクトロニクス19
82年3月29日号羨287)。
ところで、上記U溝分離法が適用された半導体集積回路
においては、すべての素子が一つのU溝によって互いに
分離されるようにレイアウトされるわけではなく、例え
ばU溝の形成に伴なう結晶欠陥の発生による歩溜まりの
低下を避けるため、素子を分離するU溝とU溝との間に
素子のない空白領域を設ける。そこで、この空白領域の
上に配線を通したりすることが考えられる。特にマスタ
スライスLSIでは、素子と素子との間に予め充分広い
空白領域を設けて配線領域として確保しておくことが必
要である。第1図は、U溝分離法を適用したバイポーラ
集積回路における素子(トランジスタ)と素子との間に
空白領域Aを設け、この空白領域A上に配線1を設けた
構成例を示す。
一方、第2図はLOGO8やアインプレーナ技術による
酸化膜分離法を適用lまたバイポーラ集積回路における
配線の仕方の一例を示すもので、配線1は素子と素子を
分離する比較的幅が広く厚い酸化膜B上に形成される。
第1図・および第2図からも分かるように、U溝分離法
を適用したLSIの方が、酸化膜分離法を適用したLS
Iに比べて配線下の絶縁膜(酸化膜)が薄いため、配線
りに寄生する容量(以下配線容量と称する)CIが犬き
くなる。しかして1U溝分離法を適用した場合には、分
離領域を酸化膜分離法に比べて深くすることができるた
め、第1図および第2図に示すようにコレクタ領域とな
るN+層CとP型基板りとの接合面積は小さくなる。
そのためコレクタと基板との間に寄生する容量C。
は、U溝分離法が適用されたトランジスタの方が小さく
なり、コレクタ・基板間の寄生容量C8による信号の遅
延も小さくなる。
従って、U溝分離法を用いて素子間分離を行なった場合
には配線容量C3による信号の遅れが、また酸化膜分離
法を用いて素子間分離を行なった場合にはコレクタ・基
板間の寄生容量C3による信号の遅れが問題になること
が分かった。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、従来にない新規な効果を奏する半導
体技術を提供することTIC,ある。
この発明の他の目的は、例えばバイポーラ集積回路に適
用した場合に、寄生の容量による信号の遅れを減少させ
、LSI全体の高速化を達成できるようにすることにあ
る。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、ECL (エミ1.夕・カップルド・ロジッ
ク)回路のような論理回路においてはコレクタ・基板間
の寄生容量が信号経路から実質的に見えるトランジスタ
と実質的に見えないトランジスタとがあることに着目し
、例えばバイポーラ集積回路において、コレクタ・基板
間の寄生容量が実質的に見えるトランジスタのみをU溝
分離法によりて分離し、他のトランジスタは酸化膜分離
法によって分離させることにより、コレクタ・基板間の
寄生容量による信号の遅れと配線容量による信号の遅れ
を、ともKjl小限に抑えることができるようにしてL
SIを高速化するという上記目的を達成するものである
〔実施例〕
第3図〜第5図は本発明をバイポーラ−マスタスライス
LSIのような集積回路に適用した場合の一実施例を製
造工程順に示したものである。
この実施例では、先ず通常バイポーラ集積回路のプロセ
スと同様にして、P型シリコンからなる半導体基板1上
に、酸化膜を形成してからこの酸化膜の適当な位置に埋
込み拡散用パターンの穴をあけ、この酸化膜をマスクと
してN型不純物を熱拡散して部分的K N+埋込層2,
2.・・・を形成する。そして酸化膜を除去してから、
その上に気相成長法によりN−型エピタキシャル層3を
成長させ、その表面に酸化膜(Sin、膜)4と窒化膜
(Si3N、膜)5を形成する。
それから、ホトエツチングにより分離領域が形成される
べき部分(バイポーラトランジスタの周辺部およびベー
ス領域とコレクタ引出し口との境界部)の窒化膜5を除
去した後、U溝で分離しようとする素子の部分をホトレ
ジスト6等で覆っておいて、酸化膜で素子を分離しよう
とする部分では、上記窒化膜5をマスクにして酸化膜4
を除去し、しかる後、窒化膜5と酸化膜4をマスクにし
て熱酸化を行ない、比較的厚い分離用の酸化膜7を形成
する。アイソブレーナの場合には、露出されたエピタキ
シャル層3の表面を少しエツチングしてから熱酸化を行
なって酸化膜7を形成する(第3図)。
次に、ホトレジスト6を除去し、逆に酸化膜7で素子分
離を行なう部分をホトレジスト8等で覆っておいて・窒
化膜5をマスクにして酸化膜4を除去する。それから、
ドライエツチングにより比較的深いU溝9a、9bを形
成する。この際、先ずU溝9bをホトレジスト等で覆っ
て一回目のドライエツチングを行なってU溝9aを形成
してから、ホトレジストを取り二回目のドライエツチン
グを行なうことにより、深いU溝9aと浅いU溝9bを
形成するようにする。そして、次に熱酸化によりU溝9
a、9b内に酸化膜10を形成してから、その内側にポ
リシリコン11を充填し、その表面を酸化させて酸化膜
12を形成してU溝分離領域13を構成して第4図の状
態となる。
第4図の状態の後は、例えば、酸化膜分離側のホトレジ
スト8を除去し、更に基板表面の窒化膜5を除去してか
ら、ホトレジスト等をマスクにしてベース領域となるべ
き部分に選択的にP型不純物のイオン打込みを行ない、
次にエミッタ領域となる部分に選択的にN型不純物のイ
オン打込みを行なう。又コレクタの引出し口となる部分
KN型不純物のイオン打込みを行なってから、熱処理を
施して、上記不純物を熱拡散させてベース用P+型拡散
層14とエミ9夕用N+型拡散層15およびコレクタ引
出し口となるN+型型数散層16酸化膜分離側およびU
溝分離側の両方の部位において同時に形成する。それか
ら、基板表面全体にPSGl[(リンゆシリコン・ガラ
ス膜)のような眉間絶縁膜17をCVD法により形成し
た後、ホトエツチングにより、ベース、エミッタおよび
コレクタの各電極部のコンタクトホール18a〜18C
を形成し、しかる後、基板表面にアルミニウム等を蒸着
してからホトエツチングによりアルミ電極19a〜19
Cおよびアルミ配線りを形成して第5図の状態と々る。
この後、基板表面にはパッジベージ日ン膜が形成サレル
ところで、第6図に示す工うなECL回路を基本回路と
するマスタスライスLSIにおいては、ECL回路の出
力用エミッタ・フォロFIEF、。
EF、を構成するトランジスタQll + Qllのコ
レクタが回路の接地点のような電源電圧vccに接続さ
り、また基板は通常、回路の最も低い定電位(接続され
ているため、トランジスタQll + Qllが動作し
てもコレクタと基板との間の寄生容量C8は充放電され
ることがないので、結局信号経路からは見えることがな
く実質的にないのに等しい・つまり、トランジスタQ1
.とQ8.はコレクタ・基板間の寄生容量C1に影響さ
れることはない。
これに対し、ECL回路の入力部のカレント・スイッチ
回路csを構成する差動型のトランジスタQ、、Q、ト
定電流用トランジスタQsのコレクタ端子は、それぞれ
コレクタ抵抗Rr −Rtの一端と’L 、Qtの共通
エミッタ端子に接続されている。そのため、トランジス
タQ+、Qtが動作されることにより、トランジスタ(
L 、Qt 、 Qsのコレクタ電位がそれぞれ変動さ
れ、これに伴なって各コレクタ・基板間の寄生容量C1
が充放電させられるので、入力信号側からはトランジス
タQ1〜Q、のコレクタ・基板間の寄生容量C1が見え
るようになり、その分信号が遅延されることになる。
そこで、この実施例では、信号経路から寄生容量C1の
見えるカレント・スイッチ回路CSのトランジスタQ、
〜Q、については、その素子分離領域を、第5図右側中
分に示すようなU溝分離構造とし、また、信号経路から
は寄生容量が見えないような工きツタ・フォロワEF、
、EF、のトランジスタQ11rQI!については、そ
の素子分離領域を第5図左側中分に示すような酸化膜分
離構造とする。
すると、U溝分離されたトランジスタQ、〜Q。
は、第5図からも分かるようにコレクタ領域(N +埋
込層)2と基板1との接合がコレクタ領域の底面だけで
あるため両者の接合面積すなわちコレクター基板間の寄
生容量C1が小さくなる。そのため、酸化膜分離された
トランジスタに比べて寄生容量C1に影響される度合が
一ケタ程度小さくなってカレント・スイ、ソチ回路C8
[おける信号の遅延が減少される。一方、トランジスタ
Q I 1 + Q+ 1については、酸化膜分離され
ることにエリ、コレクタと基板との接合がコレクタ領域
の底面から側面にまでわたり、接合面積すなわち寄生容
量C2が大きくされるが、この寄生容量C1は信号経路
から見えないため、トランジスタQu 、Qttの動作
に悪影響を与えることはなく、従って、寄生容量C3に
よる信号の遅延もない。しかるに、酸化膜分離されたト
ランジスタQt+、Q□に接続される配線は、第5図に
示すように1厚い酸化膜7上に形成されるため、トラン
ジスタQlllqllに結合される配線容量C8はU溝
分離した場合よりも小さくなり、信号の遅延が減少され
る。
このように、ECL回路のカレント働スイッチ回路を構
成するトランジスタのように配線容量よりもコレクタ・
基板間の寄生容量の方が動作速度に与える影響が大きい
トランジスタについてはU溝分離を適用してコレクタ・
基板間の寄生容量を減らし、またその他のトランジスタ
には酸化膜分離を適用してその配線容量を減らすように
したので、LSI全体の動作速度が大幅に向上されるよ
うになる。
また、抵抗等の受動素子については、酸化膜分離領域に
よって分離しておくことが望ましい。すなわち、その素
子分離領域を第5図左側中分圧示すような酸化膜分離構
造とすることが望ましい。
このようにすることにより、受動素子とトランジスタ等
を接続する配線を厚い酸化膜上に形成することができる
ようになり、その配線容量を小さくでき、LSI全体の
動作速度の向上を図ることができる。
〔効 果〕
ECL回路のような論理回路を備えたバイポーラ集積回
路において、コレクタ・基板間の寄生容量が信号経路か
ら実質的に見えるトランジスタなU溝分離領域によって
分離し、コンク4参基板間の寄生容量が実質的に見えな
いトランジスタは酸化膜によって分離するようにしたの
で、コレクター基板間の寄生容量がトランジスタの動作
に影響を与えるものでは寄生容量が減少され・コレクタ
・基板間の寄生容量がトランジスタの動作に影響を与え
ないものでは配線容量が減少されるという作用により、
コレクタ参基板間の寄生容量による信号の遅れと配線容
量による信号の遅れが、ともに最小限に抑えられるよう
になって、LSI全体が高速化されるという効果がある
も 以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的&C説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。
例えば、上記実施例のようなECL回路を基本回路とす
る論理LSIのみならず、NTL回路(ノン・スレ、ン
シ目−ルド・ロジックOOM)等を基本回路とする論理
LSIであってもよい。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるバイポーラマスタス
ライスLSIについて説明したが、それに限定されるも
のではなく、たとえば、バイポーラ論[LSIやバイポ
ーラメモリなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はU溝分離法を適用したバイポーラトランジスタ
の構造の一例を示す断面図、 第2図は酸化膜分離法を適用したバイポーラトランジス
タの構造の一例を示す断面図、第3図〜第5図は本発明
をバイポーラ集積回路に適用した場合の一実施例を製造
工程順に示す半導体基板の要部断面図、 第6図は本発明が適用されたバイポーラ集積回路例おけ
る基本論理回路の一例を示す回路図である。 1・・・半導体基板、2・・・N+埋込層、3・・・エ
ピタキシャル層、7・・・分離用酸化膜、9a、9b・
・・U溝、10・・酸化膜、11・・・ポリシリコン、
13・・・U溝分離領域。 第 1 図 第 2 図 第 3 図 第 4 図 第 5 図 第 6 図 チ Tkc 灰・ 炎。 β2 々L/ 、、。 Cz θ7 \ /、5 Ft F2 升γ、/’ Vrr

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数のバイポーラトランジスタを有し、これらのバ
    イポーラトランジスタ間を接続する配線の一部が、上記
    バイポーラトランジスタ間の分離領域の上に配設される
    ようにされた半導体集積回路装置でおって、上記バイポ
    ーラトランジスタのうちコレクタ・基板間の寄生容量が
    そのトランジスタの動作に影響を与えるものはU溝分離
    領域によって分離され・他のトランジスタは基板表面上
    に形成された酸化膜によって分離されるようにされてな
    ることを特徴とする半導体集積回路装置。 2、上記半導体集積回路装置が、二ミッタ◆カップルド
    ・ロジック回路を基本論理回路とする論理集積回路であ
    って、その基本論理回路のカレント・スイッチ回路を構
    成するトランジスタのみがU溝分離領域によって分離さ
    れるよう和されてな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装置。
JP16498483A 1983-09-09 1983-09-09 半導体集積回路装置 Pending JPS6057950A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6318660A (ja) * 1986-07-11 1988-01-26 Hitachi Micro Comput Eng Ltd 半導体装置
US4935800A (en) * 1986-05-27 1990-06-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit
US5705440A (en) * 1995-09-13 1998-01-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating integrated circuit field effect transistors having reduced-area device isolation regions

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