JPS62136850A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPS62136850A
JPS62136850A JP27814285A JP27814285A JPS62136850A JP S62136850 A JPS62136850 A JP S62136850A JP 27814285 A JP27814285 A JP 27814285A JP 27814285 A JP27814285 A JP 27814285A JP S62136850 A JPS62136850 A JP S62136850A
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JP
Japan
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element isolation
layer
conductivity type
type
isolation region
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Shigeru Komatsu
茂 小松
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特にバイ
ポーラ半導体装置の素子分離技術の改良に係る。
〔発明の技術的背明〕
バイポーラ型半導体装置のPN接合による素子分離技術
には、基板側とエピタキシャル層表面側からの両方向拡
散により素子分離領域を形成する技術が知られており、
この技術では第5図に示すような構造が得られる。第5
図において、例えばp型シリコン基板1とn型エピタキ
シャル層4との境界部にはn4型埋込み領域2及びp型
埋込み素子分離領域3がそれぞれ選択的に形成され、エ
ピタキシャル層4表面側からはp型素子分離領域5が前
記埋込み素子分離領域3と一体となるように形成されて
いる。
この技術を用いれば、素子分離領域を形成するための拡
散時間が短くてすみ、しかも素子分離領域の横方向への
広がりを抑制できるという長所があるため、広く採用さ
れている。
〔背景技術の問題点〕
上)ホした従来の素子分離技術を用いた場合の問題点を
第6図(a)〜(C)に示す製造方法を参照しながら詳
細に説明する。
まず、p型シリコン基板1表面にn4型埋込み層2及び
p型埋込み素子分離領域3をそれぞれ選択的に形成する
。前記n′″型埋型埋層2は、寄生トランジスタの影響
を小さくし、コレクタシリーズ抵抗を低減する目的で形
成される。なお、特に高出力トランジスタや高速動作を
要求されるトランジスタでは、コレクタシリーズ抵抗を
低くするために、n1型埋込み層2の不純物としてはシ
リコンとの固溶濃度が高いAsが用いられる(第6図(
a)図示)。
次に、基板1表面にn型エピタキシャル層4を形成する
と、n+型埋込み層2及びp型埋込み素子分離領域3か
らそれぞれこれらの領域が形成されていない基板1の領
域へ不純物の飛散(オートドーピング)が生じる。この
オートドーピングが生じた領域がp型となるか、n型と
なるかは、n中型埋込み領域2とp型埋込み素子分離領
域3との面積の比率等によって決まるが、第8図(a)
に示すパターンレイアウトのように通常p型埋込み素子
分離領域3の面積が広いので、オートドーピング層11
はp型となる。例えば、比抵抗6〜9Ω・傭のp型シリ
コン基板1にAS11度101ツ〜1021/CR3の
n+型埋込み層2と81度101s〜10!!/cIA
3のp型埋込み素子分離領域3とを形成し、厚さ10〜
14*、層抵抗3〜4Ω・αのn型エピタキシャル層4
を形成した場合、基板1及びp型埋込み素子分離領域3
上にp型のオートドーピング層11が形成される(同図
(b)図示。図中の矢印はオートドーピングの様子を示
す)。
次いで、エピタキシャル素子4表面側からボロンを拡散
することにより、p型素子分離領域5及びベース領域あ
るいは抵抗として用いられるp型拡散層12を形成する
。これにより、前記p型埋込み素子分離領域3とp型素
子分離領115とが一体化した素子力Ill領域が形成
される。この際、p型オートドーピング層11の不純物
も上方へ拡散する。上記のような条件ではオートドーピ
ング層11のエピタキシャル層4側へのせり上がりは3
〜4pnとなる。なお、図示しないが、オートドーピン
グ層11は当然基板1側へも拡がっている(同図(C)
図示)。
ところで、ρ型拡散1112とp型素子分離領域5間の
耐圧はこれらの領域の横方向への広がりとマスク合わせ
余裕とを考慮して両者の間を所定路離隔てることにより
設計され、p型拡散層12と基板1間の縦方向の耐圧も
エピタキシャル114の厚さと不純物濃度により設計さ
れている。例えば、要求される耐圧が高い場合、上述し
たように厚さが10〜14.と厚く、不純物濃度の低い
エピタキシャル層4を形成する。ところが、上述したよ
うにオードドーピング層11のエピタキシャル層4個へ
のせり上がりが3〜4II!tにもなると、p型拡散層
12とオートドーピング層1層との距離が非常に短くな
り、所定の耐圧が得られなくなる。
例えば、前記のような仕様で形成されたエピタキシャル
層内に形成されたnpnバイポーラトランジスタと、p
型埋込み素子分離領域を形成しない以外は同一の仕様で
形成されたものとを比較すると、v ago耐圧特性は
前者が後者よりも約20〜40V低、下する場合がある
このような問題を解消するために例えば第7図に示すよ
うに、p型埋込み素子弁[領域3′を小さな領域に分割
してその全面積を小ざくしてボロンのオートドーピング
量を少なくすることが考えられる。しかし、このような
構造にすると、微細パターン形成技術が必要となるうえ
、素子分離領域の抵抗値が増加して動作時に電位勾配が
生じる等の欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであ
り、オートドーピング層のせり上がりに起因する耐圧低
下を防止し得る半導体装置及びその製造方法を提供しよ
うとするものである。
〔発明の概要〕
本願第1の発明の半導体装置は、第1導電型の半導体基
板側及び第2導電型のエピタキシャル層の表面側からの
不純物拡散により形成される第1導電型の素子分離領域
内に第2導電型の不純物領域を形成したことを特徴とす
るものである。
また、本願第2の発明の半導体装置の製造方法は、第1
導電型の半導体基板の主面の一部に選択的に第2導電型
の不純物を導入し、複数の第2導電型の埋込み層を形成
する工程と、複数の第2導電型の埋込み層のうち一部と
重なる領域に選択的に第2導電型の不純物よりも拡散係
数の大きい第1導電型の不純物を導入し、第2導電型の
埋込み層よりも表面の不純物濃度が低い第1導電型の埋
込み素子分離領域を形成する工程と、基板上に第2導電
型のエピタキシャル層を形成する工程と、前記第1導電
型の埋込み素子分離領域及び第1導電型の埋込み素子分
離領域上のエピタキシャル層表面側から第1導電型の不
純物を拡散させて素子分離領域を形成する工程とを具備
し、本願第1の発明の半導体装置を製造するものである
このような本願発明によれば、寄生素子の影響を少なく
し、シリーズ抵抗を低減するために設けられる第2導電
型の埋込み層の他に、素子分離領域予定部にも第2導電
型の埋込み層が形成されているので、第2導電型の埋込
み層と第1導電型の埋込み素子分離領域との面積の比率
を調整してエピタキシャル成長時にオートドーピングさ
れる第1及び第2導電型の不純物の量ができるだけ同一
量となるように設定することができる。したがつて、オ
ートドーピング層のエピタキシャル層側へのせり上がり
を極力小さくすることができ、耐圧の低下を防止するこ
とができる。また、第1導電型の不純物は第2導電型の
不純物よりも拡散係数の大きいものを用いているので、
素子分離領域では第1導電型の埋込み素子分離領域が第
2導電型の埋込み層を完全に包囲するように形成され、
しかも素子分離領域の抵抗は充分低くなり、動作時に電
位勾配が生じることがない。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図(a)〜(d)を参照し
て説明する。
まず、層抵抗6〜9Ω・cmのp型シリコン基板21表
面の一部に選択的にヒ素を拡散して表面濃度1020〜
1021/cIR3、拡散深さ3〜4譚のn+型型埋界
層22.23を形成する。前記n+型型埋界層22は寄
生トランジスタの影響を小さくし、かつトランジスタの
コレクタシリーズ抵抗を低減するために形成される。ま
た、n+型型埋界層23は後に形成されるp型埋込み素
子分離領域からオートドープされるp型不純物の濃度を
補償するために形成される (第1図(a)図示)。
次に、前記n+型型埋界層23と重なるように、BSG
 <ボロンシリケートガラス)膜を拡散源とするか又は
ボロンをイオン注入した後、アニールすることにより表
面のボロン濃度が1018〜1019/α3、拡散深さ
2〜3−のp型埋込み素子分離領域24を形成する(同
図(b)図示)。
なお、この段階でのパターンレイアウトは第8図(b)
に示すようなものである。
次いで、基板21上に比抵抗3〜4Ω・α(不純物濃度
1.25〜1.5 X 10” /cttr3)のn型
エピタキシャル層25を形成する。この際、基板21と
エピタキシャル層25との境界部にオートドーピング層
26が形成される (同図(C)図示)。
次いで、p型埋込み素子分離領域24上方のエピタキシ
ャル層25表面側からボロンを拡散させてp型素子分離
領域27を形成するとともに、p型埋込み素子分離領域
24からボロンを拡散させることにより両者を一体化し
た素子分離領域を形成する。この工程を経た後、ボロン
とヒ素との拡散係数の違いによりn+型埋込み層23は
p型埋込み素子分離領域24に完全に囲まれた状態とな
っている(同図(d)図示)。
第1図(b)のll−l−線、同図(d)の■−■−線
及びIV−IV=線に沿う不純物の濃度プロファイルを
第2図〜第4図に示す。なお、第2図〜第4図中実線は
上素の濃度プロファイル、破線はボロンの濃度プロファ
イルをそれぞれ示す。
第2図に示すように、エピタキシャル層形成前に、n+
型埋込み層23のヒ素濃度はp型埋込み素子分離技術2
4のボロン濃度よりも十分高く設定されている。そして
、エピタキシャルS!を形成し、更に素子分離領域を形
成した後は、第3図に示すように、ボロン及びヒ素が基
板21側及びエピタキシャル層25側へ十分拡散する。
この際、ボロンの拡散係数はヒ素の拡散係数よりも1桁
高いため、エピタキシャル層側へ充分拡散され、素子分
離領域の抵抗を低減することができる。このため、動作
時に素子分離領域における電位勾配を小さくすることが
できる。一方、第4図に示すように、オートドーピング
層26の領域では、p型埋込み素子分離領域23の面積
が従来と同一であり、ボロンのオートドーピング量は従
来と同一であると考えられるのに対し、ヒ素のオートド
ーピング層は従来のn+埋込み層22に加えてn+埋込
み!23の面積が増加したため、従来(第4図中一点鎖
線で表示)よりも大幅に増加する。このため、オートド
ーピング層26のせり上がりは従来の3〜4amよりも
小さく、2−以下となる。
したがって、エピタキシャル125にベース領域等の拡
散層を形成しても高い耐圧を維持することができる。
実際に、上記実施例で作製されたウェハと、従来の技術
を用いて作製されたウェハに、それぞれ高耐圧(耐圧4
0V以上)、高出力(100mA以上の電流を流せる)
のトランジスタを含むバイポーラICを作りこんで、基
板−ベース領域間の耐圧を測定した。その結果、従来技
術を用いた場合には、第9図(a)に示すように、耐圧
が低く、動作規格(40V)を満たさない製品が生じた
のに対し、上記実施例のウェハを用いた場合には、耐圧
が高く、動作規格を充分に超えている。
なお、以上の説明ではn型シリコン基板上にn型エピタ
キシャル層を形成した場合について述べたが、本発明は
n型シリコン基板上にn型エピタキシャル層を形成する
場合にも適用できることは勿論である。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明の半導体装置及びその製造方法
によれば、素子分離領域の抵抗増大を招くことなく、オ
ートドーピング層のエピタキシャル層側へのせり上がり
を防止することができ、耐圧を大幅に向上できる等顕著
な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
M1図(a)〜(1)は本発明の実施例における素子分
離方法を示す断面図、第2図は第1図(b)のn−m−
線に沿う不純物の濃度プロファイルを示す図、第3図は
第1図(d)のm−m=線に沿う不純物の濃度、プロフ
ァイルを示す図、第4図は第1図(d)のTV −IV
 ′線に沿う不純物の濃度プロファイルを示す図、第5
図は両方向分離技術を用いて作製されたウェハの断面図
、第6図(a)〜(C)は従来の素子分離方法を示す断
面図、第7図は従来の他の素子分離技術を用いて作製さ
れたウェハの断面図、第8図(a)は従来のn+型埋込
み層及び素子分離領域のパターンレイアウト図、第8図
(b)は本発明の実施例におけるn+型埋込み層及び素
子分離領域のパターンレイアウト図、第9図(a)は従
来の素子分離技術を用いて製造されたバイポーラ1−ラ
ンジスタの基板−ベース耐圧の特性図、第9図(b)は
本発明の実施例における素子分離技術を用いて製造され
たバイポーラトランジスタの基板−ベース耐圧の特性図
である。 21・・・p型シリコン基板、22.23・・・n“型
埋込み層、24・・・p型埋込み素子分離領域、25・
・・n型エピタキシャル層、26・・・オートドーピン
グ層、27・・・p型素子分離領域。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 ぐ  Nv−y+     (’IJ    m+−1
1N υ (a) (b) 第8図 (a) 薯4反−べ′−スIV片丘(V) (b) 第9図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基板と、該基板上に形成され
    た第2導電型のエピタキシャル層と、前記基板とエピタ
    キシャル層との境界部に形成された第2導電型の埋込み
    層とを有し、基板側及びエピタキシャル層表面側からの
    不純物拡散により第1導電型の素子分離領域が形成され
    た半導体装置において、前記第1導電型の素子分離領域
    内に第2導電型の不純物領域を形成したことを特徴とす
    る半導体装置。
  2. (2)第1導電型の半導体基板の主面の一部に選択的に
    第2導電型の不純物を導入し、複数の第2導電型の埋込
    み層を形成する工程と、複数の第2導電型の埋込み層の
    うち一部と重なる領域に選択的に第2導電型の不純物よ
    りも拡散係数の大きい第1導電型の不純物を導入し、第
    2導電型の埋込み層よりも表面の不純物濃度が低い第1
    導電型の埋込み素子分離領域を形成する工程と、基板上
    に第2導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、前
    記第1導電型の埋込み素子分離領域及び第1導電型の埋
    込み素子分離領域上のエピタキシャル層表面側から第1
    導電型の不純物を拡散させて素子分離領域を形成する工
    程とを具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法
  3. (3)第2導電型の埋込層に導入される不純物がAs、
    第1導電型の埋込み素子分離領域に導入される不純物が
    Bであることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
    半導体装置の製造方法。
JP27814285A 1985-12-11 1985-12-11 半導体装置及びその製造方法 Pending JPS62136850A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03159151A (ja) * 1989-11-16 1991-07-09 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
JPH04322447A (ja) * 1991-04-23 1992-11-12 Nec Corp 半導体装置の製造方法
WO2010143288A1 (ja) * 2009-06-11 2010-12-16 トヨタ自動車株式会社 半導体装置

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