JP2001085442A - トランジスタを備えた半導体装置 - Google Patents

トランジスタを備えた半導体装置

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JP2001085442A
JP2001085442A JP25543099A JP25543099A JP2001085442A JP 2001085442 A JP2001085442 A JP 2001085442A JP 25543099 A JP25543099 A JP 25543099A JP 25543099 A JP25543099 A JP 25543099A JP 2001085442 A JP2001085442 A JP 2001085442A
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diffusion layer
region
base
semiconductor device
transistor
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Fumihisa Yamamoto
文寿 山本
Tomohide Terajima
知秀 寺島
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流増幅率のばらつきが抑えられたトランジ
スタを備えた半導体装置を提供する。 【解決手段】 p型シリコン基板1上にコレクタ領域と
してのn-エピタキシャル層4が形成されている。その
-エピタキシャル層4に、ベース領域としてのp拡散
層7が形成されている。そのp拡散層7にエミッタ領域
としてのn-拡散層8bおよびn+拡散層9bが形成され
ている。p拡散層7とコンタクトをとるためのベースコ
ンタクト領域としてのp+拡散層10aが、エミッタ領
域と所定の距離aを隔てて形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トランジスタを備
えた半導体装置に関し、特に、トランジスタの電流増幅
率のばらつきが抑えられるトランジスタを備えた半導体
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の一例として、たとえ
ばモータの駆動制御や自動車のエアバックの駆動制御な
どに用いられるトランジスタを備えた半導体装置につい
て説明する。この種の半導体装置では、同一半導体基板
上にバイポーラトランジスタと、MOSトランジスタと
が形成されている。ここでは、バイポーラトランジスタ
の部分の構造について説明する。
【0003】図12を参照して、p型シリコン基板1上
に、n-エピタキシャル層4が形成されている。そのp
型シリコン基板1とn-エピタキシャル層4との間に
は、n+拡散層2aとp+拡散層3が形成されている。ま
た、n-エピタキシャル層4には、他の素子領域(図示
せず)と電気的に絶縁するためのp+拡散層5aとLO
COS酸化膜6が形成されている。
【0004】n-エピタキシャル層4の表面およびその
近傍に、p拡散層7が形成されている。そのp拡散層7
の表面およびその近傍に、n-拡散層8bおよびn+拡散
層9bが形成されている。また、p拡散層7には、p拡
散層7とコンタクトをとるためのp+拡散層100が形
成されている。
【0005】さらに、n-エピタキシャル層4の表面お
よびその近傍には、n-エピタキシャル層4とコンタク
トをとるためのn-拡散層8aおよびn+拡散層9aが形
成されている。
【0006】n-エピタキシャル層4がバイポーラトラ
ンジスタにおけるコレクタ領域をなし、p拡散層7およ
びp+拡散層100がベース領域をなし、n-拡散層8b
およびn+拡散層9bがエミッタ領域をなしている。
【0007】p拡散層7およびLOCOS酸化膜6を覆
うように、層間絶縁膜11が形成されている。その層間
絶縁膜11に、n+拡散層9aの表面を露出するコンタ
クトホール12aが形成されている。また、p+拡散層
100の表面を露出するコンタクトホール12bが形成
されている。さらに、n+拡散層9bの表面を露出する
コンタクトホール12cが形成されている。
【0008】コンタクトホール12aに、n+拡散層9
aに電気的に接続されるコレクタ電極13aが形成され
ている。コンタクトホール12bに、p+拡散層100
に電気的に接続されるベース電極13bが形成されてい
る。コンタクトホール12cに、n+拡散層9bに電気
的に接続されるエミッタ電極13cが形成されている。
【0009】なお、MOSトランジスタ等の他の半導体
素子は、LOCOS酸化膜6等によってこのバイポーラ
トランジスタが形成された領域とは電気的に絶縁された
他の素子形成領域(図示せず)に形成されている。
【0010】次に、上述したバイポーラトランジスタを
備えた半導体装置の製造方法について、MOSトランジ
スタの製造方法も含めて説明する。まず図13を参照し
て、p型シリコン基板1上に、所定のn+拡散層2a、
2b、p+拡散層3およびn-エピタキシャル層4を形成
する。n-エピタキシャル層4の所定の領域にリンを注
入することにより、pチャネル型MOSトランジスタを
形成するためのn-拡散層14を形成する。
【0011】さらに、n-エピタキシャル層4の所定の
領域に、ボロンを注入することにより、nチャネル型M
OSトランジスタを形成するためのp+拡散層5bおよ
び、素子分離のためのp+拡散層5aを形成する。
【0012】次に、n-エピタキシャル層4の所定の領
域に、LOCOS酸化膜6を形成する。n-拡散層14
上に、ゲート絶縁膜151aを介在させて、ポリシリコ
ン膜16aおよびタングステンシリサイド膜17aから
なるゲート電極19aを形成する。また同時に、p+
散層5b上に、ゲート絶縁膜151bを介在させて、ポ
リシリコン膜16bおよびタングステンシリサイド膜1
7bからなるゲート電極19bを形成する。
【0013】次に、n-エピタキシャル層4の所定の領
域に、ボロンを注入することにより、バイポーラトラン
ジスタのベース領域の一部となるp拡散層7を形成す
る。
【0014】そのゲート電極19bおよび所定のフォト
レジストパターン(図示せず)をマスクとして、所定の
不純物を注入することによりn-拡散層8a、8b、8
c、8dをそれぞれ形成する。ゲート電極19aの両側
面上にサイドウォール絶縁膜18aを形成し、ゲート電
極19bの両側面上にサイドウォール絶縁膜18bを形
成する。
【0015】そのゲート電極19b、サイドウォール絶
縁膜18bおよび所定のフォトレジストパターン200
をマスクとして、所定の不純物を注入することにより、
+拡散層9a、9b、9c、9dをそれぞれ形成す
る。
【0016】次に図14を参照して、フォトレジストパ
ターン200を除去して、窒素雰囲気中にて熱処理を施
す。次に図15を参照して、n-エピタキシャル層4の
上に、p拡散層7の表面の一部およびn-拡散層14の
表面を露出するフォトレジストパターン202を形成す
る。
【0017】そのフォトレジストパターン202をマス
クとして、所定の不純物を注入することにより、p拡散
層7の表面およびその近傍にp+拡散層100を形成す
る。n-拡散層14にp+拡散層10b、10cを形成す
る。その後、フォトレジストパターン202を除去す
る。
【0018】これにより、n-エピタキシャル層4をコ
レクタ領域とし、p拡散層7およびp+拡散層100を
ベース領域とし、n-拡散層8bおよびn+拡散層9bを
エミッタ領域とするバイポーラトランジスタT1が形成
される。また、p+拡散層10b、10cをソース/ド
レイン領域とする、pチャネル型MOSトランジスタT
2が形成される。さらに、n-拡散層8c、8dおよび
+拡散層9c、9dをソース/ドレイン領域とする、
nチャネル型MOSトランジスタT3が形成される。
【0019】次に図16を参照して、n-エピタキシャ
ル層4上に、CVD法等によりたとえばシリコン酸化膜
などからなる層間絶縁膜11を形成する。その層間絶縁
膜11上に、所定のフォトレジストパターン(図示せ
ず)を形成する。
【0020】そのフォトレジストパターンをマスクとし
て、層間絶縁膜11に異方性エッチングを施すことによ
り、コンタクトホール12a、12b、12c、12
d、12e、12f、12gをそれぞれ形成する。その
後、コンタクトホール12aから12fに、それぞれ所
定の電極13a〜13gをそれぞれ形成する。
【0021】以上の工程を経ることにより、バイポーラ
トランジスタT1とMOSトランジスタT2、T3を備
えた半導体装置の主要部分が完成する。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た製造方法によって得られた半導体装置においては、以
下に説明するような問題点があった。上述した半導体装
置において、特にバイポーラトランジスタT1における
電流増幅率hFEのコレクタ電流依存性を評価したとこ
ろ、ウエハ面内において大きくばらついていることがわ
かった。このことについて説明する。
【0023】図17(b)〜(f)は、図17(a)に
示されたウエハ面内5ポイントにおけるバイポーラトラ
ンジスタの電流増幅率hFEをそれぞれ評価したグラフで
ある。これらのグラフに示されるように、ある特定のコ
レクタ電流に対する電流増幅率hFEの値が、ウエハ面内
で異なっており、ばらついていることがわかる。
【0024】ところで、電流増幅率hFEはベース電流に
対するコレクタ電流の比(IC/IB)として定義され
る。そこで、このような電流増幅率hFEのばらつきの要
因を調べるために、コレクタ電流のベース・エミッタ間
電圧依存性とベース電流のベース・エミッタ間電圧依存
性をそれぞれ評価した。
【0025】図18はその結果の一部であり、ウエハ面
内5点のうち、最も変化の大きいポイント5とポイント
3における結果を同じグラフ上にプロットしたものであ
る。図18に示されるように、コレクタ電流のベース・
エミッタ間電圧依存性については、ほぼグラフが一致し
ており、コレクタ電流のウエハ面内におけるばらつきは
極めて小さいと考えられる。
【0026】ところが、ベース電流のベース・エミッタ
間電圧依存性のグラフに注目すると、ポイント5におけ
るグラフとポイント3におけるグラフとは一致していな
いことがわかる。すなわち、ベース電流がウエハ面内に
おいてばらついていることがわかる。このように、ベー
ス電流がばらつく結果、電流増幅率hFEがばらついたと
考えられる。
【0027】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、ベース電流のばらつきを抑えること
により電流増幅率のばらつきが低減されたトランジスタ
を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、トランジスタを備えた半導体装置である。そのトラ
ンジスタは、第1導電型のコレクタ領域と、第2導電型
のベース領域と、第1導電型のエミッタ領域と、第2導
電型のベースコンタクト領域とを有している。コレクタ
領域は、半導体基板上に形成されている。ベース領域
は、コレクタ領域の表面およびその近傍に形成され、第
1不純物濃度を有している。エミッタ領域は、ベース領
域の表面およびその近傍に形成されている。ベースコン
タクト領域は、ベース領域の表面およびその近傍に形成
され、ベース領域とコンタクトをとるための第1不純物
濃度よりも高い第2不純物濃度を有している。そして、
トランジスタの電流増幅率の値のばらつきの範囲が所定
の範囲内に入るように、ベースコンタクト領域をエミッ
タ領域の側へ向かって延在させて、ベースコンタクト領
域とエミッタ領域とが所定の間隔に配置されている。
【0029】この構造によれば、従来の半導体装置の場
合と比較すると、製造工程中に不純物が外方拡散して不
純物濃度が低下したベース領域の表面に形成される、比
較的不純物濃度の高いベースコンタクト領域がエミッタ
領域の側に向かって延在することで、ベース領域に十分
な不純物が供給されることになる。そして、そのベース
コンタクト領域とエミッタ領域とが所定の間隔に配置さ
れることで、ベース電流のばらつきが低減し、その結
果、トランジスタの電流増幅率の値のばらつきが所定の
範囲内に入るように低減する。
【0030】そのような電流増幅率の値のばらつきの範
囲としては、代表値としてウエハ面内5点における電流
増幅率の標準偏差の値が5%以下であることが望まし
い。
【0031】ウエハ面内5点における電流増幅率の標準
偏差の値が5%以下であれば、ウエハ面内に形成される
トランジスタの電流増幅率のばらつきが比較的小さいと
考えられる。
【0032】さらに、ベースコンタクト領域とエミッタ
領域との所定の間隔は、0.2μm以上0.5μm以下
であることが望ましい。
【0033】この間隔が0.2μmより短い場合、およ
び0.5μmよりも長い場合には、電流増幅率の標準偏
差の値が5%を超えてしまう。したがって、この間隔
は、0.2μm以上0.5μm以下であることが好まし
い。
【0034】また、ベースコンタクト領域はエミッタ領
域と所定の間隔をもって、ベース領域の表面において、
そのエミッタ領域を取囲むように形成されているのが好
ましい。
【0035】この場合には、ベース領域およびエミッタ
領域を流れる電子またはホールの流れに偏りがなくな
り、トランジスタの動作が安定する。
【0036】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る半導体
装置について図を用いて説明する。まず、バイポーラト
ランジスタの部分の構造について説明する。図1を参照
して、p型シリコン基板1上に、不純物濃度〜1015
toms/cm3のn-エピタキシャル層4が形成されて
いる。そのn-エピタキシャル層4とp型シリコン基板
1との界面近傍には、不純物濃度〜1021atoms/
cm3のn+拡散層2aが形成されている。
【0037】また、n-エピタキシャル層4には、他の
素子と電気的に絶縁するための不純物濃度〜1018at
oms/cm3のp+拡散層5a、3が形成されている。
さらに、n-エピタキシャル層4の表面には、他の素子
形成領域と電気的に絶縁するためのLOCOS酸化膜6
が所定の領域に形成されている。そのLOCOS酸化膜
6によって覆われていないn-エピタキシャル層4の表
面およびその近傍には、不純物濃度〜1016atoms
/cm3のp拡散層7が形成されている。
【0038】そのp拡散層7の表面およびその近傍に
は、不純物濃度〜1016atoms/cm3のn-拡散層
8bおよび不純物濃度〜1021atoms/cm3のn+
拡散層9bが形成されている。また、p拡散層7の表面
およびその近傍には、p拡散層7と電気的にコンタクト
をとるための不純物濃度〜1020atoms/cm3
+拡散層10aが形成されている。
【0039】n-エピタキシャル層4の表面およびその
近傍に、n-拡散層8a、n+拡散層9aが形成されてい
る。LOCOS酸化膜6を覆うように、n+エピタキシ
ャル層4上にシリコン酸化膜などの層間絶縁膜11が形
成されている。その層間絶縁膜11に、n+拡散層9a
の表面を露出するコンタクトホール12aが形成されて
いる。また、p+拡散層10aの表面を露出するコンタ
クトホール12bが形成されている。さらに、n+拡散
層9bの表面を露出するコンタクトホール12cが形成
されている。
【0040】コンタクトホール12aには、n+拡散層
9aに電気的に接続されるコレクタ電極13aが形成さ
れている。コンタクトホール12bには、p+拡散層1
0aに電気的に接続されるベース電極13bが形成され
ている。コンタクトホール12cには、n+拡散層9b
に電気的に接続されるエミッタ電極13cが形成されて
いる。
【0041】上述した構造において、n-エピタキシャ
ル層4は、バイポーラトランジスタにおけるコレクタ領
域をなし、p拡散層7およびp+拡散層10aはベース
領域をなし、n-拡散層8bおよびn+拡散層9bはエミ
ッタ領域をなしている。
【0042】このバイポーラトランジスタでは、特にベ
ース領域とコンタクトをとるためのベースコンタクト領
域として形成されるp+拡散層10aが、エミッタ領域
としてのn-拡散層8bおよびn+拡散層9bの側に延在
し、p+拡散層10aとエミッタ領域とが所定の間隔a
になるように配置されている。
【0043】この所定の間隔aとしては、後述するよう
に、0.2μm以上0.5μm以下であることが好まし
い。これにより、バイポーラトランジスタにおけるベー
ス電流のばらつきが低減する結果、電流増幅率のばらつ
きが大幅に低減する。
【0044】なお、このp+拡散層10aとしては、図
2に示すように、n-拡散層8bおよびn+拡散層9b
を、主表面およびその近傍において所定の間隔aをもっ
て取囲むように形成されていることが望ましい。
【0045】p+拡散層10aがn-拡散層8bおよびn
+拡散層9bを、主表面およびその近傍において取囲む
ように配置されていることで、電子およびホールの流れ
に偏りがなくなり、バイポーラトランジスタの動作がよ
り安定する。
【0046】次に、上述したバイポーラトランジスタを
備えた半導体装置の製造方法について、MOSトランジ
スタの製造方法も含めて説明する。
【0047】まず図3を参照して、p型シリコン基板1
の表面を酸化することにより、シリコン酸化膜(図示せ
ず)を形成する。そのシリコン酸化膜に所定の写真製版
および加工を施すことにより、p型シリコン基板1の表
面を露出する。露出したp型シリコン基板1にアンチモ
ンを注入して、温度約1240℃のもとで熱処理を施す
ことにより、n+拡散層2a、2bを形成する。その
後、p型シリコン基板1の上に形成されているシリコン
酸化膜を除去する。
【0048】次に、CVD法等により、p型シリコン基
板1上に膜厚約数10nmのシリコン酸化膜(図示せ
ず)を形成する。そのシリコン酸化膜に所定の写真製版
および加工を施すことにより、p型シリコン基板1の表
面を露出する。露出したp型シリコン基板1にボロンを
注入して、温度約1100℃のもとで熱処理を施すこと
により、p+拡散層3を形成する。その後、p型シリコ
ン基板1の上に形成されているシリコン酸化膜を除去す
る。
【0049】次に、n+拡散層2a、2bおよびp+拡散
層3が形成されたp型シリコン基板1上に、エピタキシ
ャル成長法によりシリコンのエピタキシャル層4を形成
する。このとき、エピタキシャル成長は温度約1150
℃のもとで行なわれるため、p型シリコン基板1に形成
されたn+拡散層2a、2bおよびp+拡散層3に含まれ
る不純物が、エピタキシャル層4の成長とともにエピタ
キシャル層4の側に熱拡散して、図3に示されるような
構造になる。
【0050】次に図4を参照して、n-エピタキシャル
層4上に、CVD法等により厚さ約数10nmのシリコ
ン酸化膜(図示せず)を形成する。そのシリコン酸化膜
上にCVD法等によりシリコン窒化膜(図示せず)を形
成する。そのシリコン窒化膜に所定の写真製版および加
工を施すことにより、シリコン酸化膜の表面を露出す
る。
【0051】露出したシリコン酸化膜を介してn-エピ
タキシャル層4にリンを注入し、温度約950℃のもと
で熱酸化処理を施すことにより、pチャネル型MOSト
ランジスタを形成するためのn-拡散層14を形成す
る。
【0052】その後、シリコン窒化膜を除去する。シリ
コン窒化膜を除去することで露出したシリコン酸化膜上
に所定の写真製版を施してフォトレジストパターン(図
示せず)を形成する。そのフォトレジストパターンをマ
スクとして、n-エピタキシャル層4の所定の領域にボ
ロンを注入する。温度約1180℃のもとで熱処理を施
すことにより、nチャネル型MOSトランジスタを形成
するためのp+拡散層5bと、素子分離のためのp+拡散
層5aを形成する。
【0053】次に、露出しているシリコン酸化膜を除去
することにより、n-拡散層14、p+拡散層5a、5b
およびn-エピタキシャル層4の表面を露出する。露出
した表面上に膜厚約数10nmのシリコン酸化膜(図示
せず)を形成する。そのシリコン酸化膜上にシリコン窒
化膜(図示せず)を形成する。そのシリコン窒化膜の所
定の領域を除去して熱処理を施すことにより、LOCO
S酸化膜6を形成する。その後、シリコン酸化膜および
シリコン窒化膜を除去して、p+拡散層5a、5b、n-
拡散層14、p拡散層7およびn-エピタキシャル層4
の表面を露出する。このとき、同時にLOCOS酸化膜
6の表面も約数10nm除去される。
【0054】次に、熱酸化処理を施すことにより、露出
したp+拡散層5bおよびn-拡散層14の表面に、ゲー
ト絶縁膜となる膜厚約10〜50nmのシリコン酸化膜
151を形成するとともに、p拡散層7およびn-エピ
タキシャル層4の表面にシリコン酸化膜152を形成す
る。
【0055】そのシリコン酸化膜151、152を覆う
ように、CVD法等によりポリシリコン膜(図示せず)
を形成する。そのポリシリコン膜上にスパッタ法等によ
りタングステンシリサイド膜(図示せず)を形成する。
そのタングステンシリサイド膜およびポリシリコン膜に
所定の写真製版および加工を施すことにより、ポリシリ
コン膜16aとタングステンシリサイド膜17aとから
なるpチャネル型MOSトランジスタのゲート電極19
aを形成するとともに、ポリシリコン膜16bとタング
ステンシリサイド膜17bとからなるnチャネル型MO
Sトランジスタのゲート電極19bを形成する。
【0056】次に、露出したシリコン酸化膜152の上
に所定の写真製版を施してフォトレジストパターン(図
示せず)を形成する。そのフォトレジストパターンをマ
スクとして、n-エピタキシャル層4の所定の領域にボ
ロンを注入することにより、バイポーラトランジスタの
ベース領域となるp拡散層7を形成する。
【0057】次に、p+拡散層5b、p拡散層7の一部
およびn-エピタキシャル層4の一部の表面を露出する
フォトレジストパターン199を形成する。そのフォト
レジストパターン199をマスクとして、リンを斜めイ
オン回転注入法(注入角度約45度)で注入することに
より、p+拡散層5bにn-拡散層8c、8dを形成し、
p拡散層7の表面およびその近傍にn-拡散層8bを形
成し、n-エピタキシャル層4の表面およびその近傍に
-拡散層8aを形成する。
【0058】次に図5を参照して、ゲート電極19a、
19bを覆うように、CVD法等によりシリコン酸化
(図示せず)を形成する。そのシリコン酸化膜に異方性
エッチングを施すことにより、ゲート電極19a、19
bの側面上にサイドウォール絶縁膜18a、18bをそ
れぞれ形成する。
【0059】次に、n-拡散層8bの一部およびn-拡散
層8c、8dの表面を露出するフォトレジストパターン
200を形成する。そのフォトレジストパターン200
をマスクとして砒素を注入することにより、n-拡散層
8aにn+拡散層9aを形成し、n-拡散層8bにn+
散層9bを形成し、n-拡散層8c、8dに、n+拡散層
9c、9dを形成する。その後、フォトレジストパター
ン200を除去して、窒素雰囲気および温度約900℃
のもとで熱処理を施す。これにより、n-拡散層8c、
8dおよびn+拡散層9c、9dはnチャネル型MOS
トランジスタのソース/ドレイン領域となる。n-拡散
層8bおよびn+拡散層9bは、バイポーラトランジス
タのエミッタ領域となる。n-拡散層8aおよびn+拡散
層9aは、コレクタ領域としてのn-エピタキシャル層
4とコンタクトをとるためのコレクタコンタクト領域と
なる。また、この熱処理の際に、特にp拡散層7の表面
からボロンが外方拡散する。
【0060】次に図6を参照して、n-拡散層14、p
拡散層7の一部の表面を露出するフォトレジストパター
ン202を形成する。そのフォトレジストパターン20
2をマスクとして、二フッ化ボロン(BF2)を注入す
ることにより、n-拡散層14にp+拡散層10b、10
cを形成し、p拡散層7の表面およびその近傍にベース
コンタクト領域としてのp+拡散層10aを形成する。
+拡散層10b、10cは、pチャネル型MOSトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域となる。また、ベース
コンタクト領域としてのp+拡散層10aは、エミッタ
領域としてのn-拡散層8bおよびn+拡散層9bと所定
の間隔になるように形成される。その後、フォトレジス
トパターン202を除去する。
【0061】これにより、n-エピタキシャル層4をコ
レクタ領域とし、p拡散層7およびp+拡散層10aを
ベース領域とし、n-拡散層8bおよびn+拡散層9bを
エミッタ領域とするバイポーラトランジスタT1が形成
される。また、p+拡散層10b、10cをソース/ド
レイン領域とする、pチャネル型MOSトランジスタT
2が形成される。さらに、n-拡散層8c、8dおよび
+拡散層9c、9dをソース/ドレイン領域とする、
nチャネル型MOSトランジスタT3が形成される。
【0062】次に図7を参照して、ゲート電極およびL
OCOS酸化膜7を覆うように、CVD法等によりシリ
コン酸化膜などからなる層間絶縁膜11を形成する。そ
の層間絶縁膜11上に所定のフォトレジストパターン
(図示せず)を形成する。そのフォトレジストパターン
をマスクとして層間絶縁膜11に異方性エッチングを施
すことにより、n+拡散層9aの表面を露出するコンタ
クトホール12aを形成する。p+拡散層10aの表面
を露出するコンタクトホール12bを形成する。n+
散層9bの表面を露出するコンタクトホール12cを形
成する。p+拡散層10b、10cの表面をそれぞれ露
出するコンタクトホール12d、12eを形成する。n
+拡散層9c、9dの表面をそれぞれ露出するコンタク
トホール12f、12gを形成する。
【0063】コンタクトホール12aに、コレクタ電極
13aを形成する。コンタクトホール12bにベース電
極13bを形成する。コンタクトホール12cにエミッ
タ電極13cを形成する。コンタクトホール12d、1
2eに、ソース/ドレイン電極13d、13eをそれぞ
れ形成する。コンタクトホール12f、12gにソース
/ドレイン電極13f、13gをそれぞれ形成する。
【0064】以上により、バイポーラトランジスタとM
OSトランジスタを備えた半導体装置の主要部分が完成
する。
【0065】上述した半導体装置では、ベースコンタク
ト領域としてのp+拡散層10aをエミッタ領域として
のn-拡散層8bおよびn+拡散層9bの側に延在させ
て、p +拡散層10aとエミッタ領域とが所定の間隔に
なるように配置されている。
【0066】そこで、p+拡散層10aとn-拡散層8b
およびn+拡散層9bとの間隔に対するバイポーラトラ
ンジスタの電流増幅率のウエハ面内ばらつきを評価し
た。その結果を図8に示す。図8において、測定箇所の
数字は、図17(a)に示されたウエハ面内の測定ポイ
ントに対応している。また、リファレンスとして、従来
の半導体装置における電流増幅率の測定結果もグラフ右
端に示した。
【0067】このグラフに示されるように、ウエハ面内
における電流増幅率のばらつきは間隔aに大きく依存し
ていることがわかる。さらに、得られた電流増幅率の値
とその標準偏差値を図9に示す。図8および図9より、
電流増幅率の標準偏差(σ)の値を5%以下にするため
には、間隔aを0.2μm以上0.5μm以下にするこ
とが望ましいことが判明した。
【0068】なお、この結果はコレクタ電流が50μA
の場合のものであるが、これ以外のコレクタ電流の場合
にも同様の傾向を示した。
【0069】上記結果について、従来の半導体装置と比
較して説明する。従来の半導体装置における電流増幅率
のばらつきは、ベース電流のばらつきによるものと考え
られることを従来の技術の項において述べた。
【0070】バイポーラトランジスタにおける電流成分
には、図10に示すように、ベース領域への電子の注入
成分(成分1)、エミッタ領域への正孔の注入成分I
diff,E(成分2)、エミッタ空乏層内における再結合成分
rec(成分3)、ベース領域内における再結合成分αT
(成分4)およびベース領域表面における再結合成分I
sur(成分5)がある。
【0071】これらの成分のうち、ベース電流は、成分
2、成分3、成分4および成分5を合わせた量である。
各成分を近似式で表すと次のようになる。
【0072】Idiff,E≒qDpE・ni 2/(NDE・WE
・exp(qVEB/kT) Irec≒1/2・q・(ni/τ0)・WEB・exp(q
EB/kT) αT≒1−1/2・(WB/LnB2sur≒qSn・(ni 2/NAB)・exp(qVEB/k
T)・AS ここで、DpE:エミッタ領域内のホールの拡散定数、N
DE:エミッタ領域内の不純物濃度、NAB:ベース領域内
の不純物濃度、Sn:電子の表面再結合速度、AS:実効
的な再結合面積、LnB:ベース領域内の電子の拡散長、
E:エミッタ幅、WB:ベース幅、WEB:エミッタ〜ベ
ース間の空乏層幅、τ0:逆バイアス空乏層内の実効寿
命、である。
【0073】実際のバイポーラトランジスタにおいて
は、結果的にベース領域表面における再結合成分I
sur(成分5)を無視することができる。これにより、図
11に示すように、ベース電流は、成分2、成分3およ
び成分4を合わせた量になる。
【0074】このとき、電流増幅率hFEは次の式で表さ
れる。 1/hFE≒1/2・(WB/LnB2+NAB・WB・DpE
/(DnB・NDE・WE)+NAB・WB・WEB/(2・DnB
・τ0・ni・exp(qVEB/kT)) なお、DnB:ベース領域内の電子の拡散定数、である。
【0075】上記各式より、ベース電流IBがばらつく
要因には、ベース領域内の不純物濃度NABとエミッタ領
域内の不純物濃度NDEが関与していることがわかる。
【0076】従来の製造方法では、図14に示す工程に
おいて、ベース領域となるp拡散層7の表面が露出した
状態で、窒素雰囲気中で熱処理が行なわれる。このと
き、p拡散層7の表面からは不純物のボロンが外方拡散
する。
【0077】このため、p拡散層7の不純物濃度が低下
すること、そして、このボロンの外方拡散の程度がウエ
ハ面内において異なることのために、p拡散層7の不純
物濃度のばらつきがベース電流のばらつきに大きく影響
するに至り、その結果、バイポーラトランジスタの電流
増幅率hFEがばらついたと考えられる。
【0078】本半導体装置では、図5に示す工程におけ
るフォトレジストパターン200を除去した後に、図1
4に示す工程と同様に熱処理が施されて、p拡散層7の
表面からは不純物のボロンが外方拡散する。
【0079】しかしながら、本半導体装置では、図6に
示す工程において、ボロンが外方拡散したベース領域と
してのp拡散層7の表面に、ベースコンタクト領域とし
てのp+拡散層10aをエミッタ領域8b、9bの側に
向かって延在させることで、p拡散層7には、外方拡散
した不純物の分を十分に補う不純物が供給されることに
なる。
【0080】これにより、p+拡散層10aを含めたベ
ース領域の不純物濃度のばらつきが低減して、ベース電
流のばらつきが小さくなる結果、バイポーラトランジス
タの電流増幅率hFEのばらつきが小さくなると考えられ
る。
【0081】しかもこのとき、p拡散層7に供給される
不純物の量に過不足があった場合には電流増幅率hFE
ばらつくことがわかり、p+拡散層10aとn-拡散層8
bおよびn+拡散層9bとの間隔aを、所定の間隔
(0.2μm以上0.5μm以下)に設定することで、
ウエハ面内における電流増幅率hFEの標準偏差値を5%
以下にすることができた。
【0082】このように、上述したベースコンタクト領
域10aを形成することで、バイポーラトランジスタT
1における電流増幅率のばらつきが大幅に低減すること
ができ、性能の安定した半導体装置が得られる。
【0083】なお、上記熱処理を施す際のウエハ面内の
温度の均一性を向上することで、ウエハ面内における電
流増幅率hFEのばらつきをさらに低減することができる
と考えられる。
【0084】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【0085】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置によれば、従来
の半導体装置の場合と比較すると、製造工程中に不純物
が外方拡散して不純物濃度が低下したベース領域の表面
に形成される、比較的不純物濃度の高いベースコンタク
ト領域がエミッタ領域の側に向かって延在することで、
ベース領域に十分な不純物が供給されることになる。そ
して、そのベースコンタクト領域とエミッタ領域とが所
定の間隔に配置されることで、ベース電流のばらつきが
低減し、その結果、トランジスタの電流増幅率の値のば
らつきが所定の範囲内に入るように低減する。
【0086】そのような電流増幅率の値のばらつきの範
囲としては、代表値としてウエハ面内5点における電流
増幅率の標準偏差の値が5%以下であることが望まし
く、この場合には、ウエハ面内に形成されるトランジス
タの電流増幅率のばらつきが比較的小さいと考えられ
る。
【0087】さらに、ベースコンタクト領域とエミッタ
領域との所定の間隔は、0.2μm以上0.5μm以下
であることが望ましい。
【0088】この間隔が0.2μmより短い場合、およ
び0.5μmよりも長い場合には、電流増幅率の標準偏
差の値が5%を超えてしまう。したがって、この間隔
は、0.2μm以上0.5μm以下であることが好まし
い。
【0089】また、ベースコンタクト領域はエミッタ領
域と所定の間隔をもって、ベース領域の表面において、
そのエミッタ領域を取囲むように形成されているのが好
ましい。
【0090】この場合には、ベース領域およびエミッタ
領域を流れる電子またはホールの流れに偏りがなくな
り、トランジスタの動作が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面
図である。
【図2】 図1に示す半導体装置の部分拡大斜視図であ
る。
【図3】 図1に示す半導体装置を含む半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図4】 同実施の形態において、図3に示す工程の後
に行なわれる工程を示す断面図である。
【図5】 同実施の形態において、図4に示す工程の後
に行なわれる工程を示す断面図である。
【図6】 同実施の形態において、図5に示す工程の後
に行なわれる工程を示す断面図である。
【図7】 同実施の形態において、図6に示す工程の後
に行なわれる工程を示す断面図である。
【図8】 同実施の形態において、図1に示す半導体装
置におけるバイポーラトランジスタの電流増幅率のばら
つきを示すグラフである。
【図9】 図1に示す半導体装置におけるバイポーラト
ランジスタの電流増幅率の値とその標準偏差値を示す図
である。
【図10】 バイポーラトランジスタにおける電流成分
を示す第1の図である。
【図11】 バイポーラトランジスタにおける電流成分
を示す第2の図である。
【図12】 従来の半導体装置の断面図である。
【図13】 図12に示す半導体装置を含む半導体装置
の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図14】 図13に示す工程の後に行なわれる工程を
示す断面図である。
【図15】 図14に示す工程の後に行なわれる工程を
示す断面図である。
【図16】 図15に示す工程の後に行なわれる工程を
示す断面図である。
【図17】 図12に示す半導体装置におけるバイポー
ラトランジスタの電流増幅率の測定結果を示す図であ
り、(a)はウエハ面内における測定ポイントを示し、
(b)、(c)、(d),(e)、(f)は(a)に示
す測定ポイントの数字1〜5にそれぞれ対応した位置に
おける電流増幅率の測定結果を示すグラフである。
【図18】 コレクタ電流のベースエミッタ間電圧依存
性と、ベース電流のベースエミッタ間電圧依存性の評価
結果のうち、測定ポイント3、5における測定結果を同
一グラフ上に示した図である。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板、2a,2b n+拡散層、3
+拡散層、4 n-エピタキシャル層、5a,5b p
+拡散層、6 LOCOS酸化膜、7 p拡散層、8a
〜8d n-拡散層、9a〜9d n+拡散層、10a〜
10c p+拡散層、11 層間絶縁膜、12a〜12
g コンタクトホール、13a コレクタ電極、13b
ベース電極、13c エミッタ電極、13d,13e
ソース/ドレイン電極、13f,13g ソース・ド
レイン電極、14 n-拡散層,16a,16b ポリ
シリコン膜、17a,17b タングステンシリサイド
膜、18a,18b サイドウォール絶縁膜、19a,
19b ゲート電極、151a,151b ゲート絶縁
膜、199〜202 フォトレジストパターン。
フロントページの続き Fターム(参考) 5F003 BA25 BA97 BE01 BH07 BH08 BJ15 BP93 BS06 BS08 5F048 AA10 AC05 BA01 BB05 BB08 BC06 BE03 BF17 BG12 BH01 CA03 CA07 DA06 DA07 DA08 DA25 5F082 AA13 AA21 BA02 BA04 BA32 BC09 EA07 EA10 EA15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランジスタを備えた半導体装置であっ
    て、 前記トランジスタは、 半導体基板上に形成された第1導電型のコレクタ領域
    と、 前記コレクタ領域の表面およびその近傍に形成され、第
    1不純物濃度を有した第2導電型のベース領域と、 前記ベース領域の表面およびその近傍に形成された第1
    導電型のエミッタ領域と、 前記ベース領域の表面およびその近傍に形成され、前記
    ベース領域とコンタクトをとるための前記第1不純物濃
    度よりも高い第2不純物濃度を有する第2導電型のベー
    スコンタクト領域と、を有し、 前記トランジスタの電流増幅率の値のばらつきの範囲が
    所定の範囲内に入るように、前記ベースコンタクト領域
    を前記エミッタ領域の側へ向かって延在させて、前記ベ
    ースコンタクト領域と前記エミッタ領域とが所定の間隔
    に配置されている、トランジスタを備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記電流増幅率の値のばらつきの範囲
    は、ウエハ面内5点における電流増幅率の標準偏差の値
    が5%以下である、請求項1記載のトランジスタを備え
    た半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ベースコンタクト領域と前記エミッ
    タ領域との所定の前記間隔は、0.2μm以上0.5μ
    m以下である、請求項1または2に記載のトランジスタ
    を備えた半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記ベースコンタクト領域は前記エミッ
    タ領域と前記所定の間隔をもって、前記ベース領域の表
    面において、前記エミッタ領域を取囲むように形成され
    ている、請求項1〜3のいずれかに記載のトランジスタ
    を備えた半導体装置。
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