JP2002076013A - 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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JP2002076013A
JP2002076013A JP2000255687A JP2000255687A JP2002076013A JP 2002076013 A JP2002076013 A JP 2002076013A JP 2000255687 A JP2000255687 A JP 2000255687A JP 2000255687 A JP2000255687 A JP 2000255687A JP 2002076013 A JP2002076013 A JP 2002076013A
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collector
forming
silicon
region
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Nobuyuki Sekikawa
信之 関川
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】バイポーラトランジスタのエミッタ面積を小さ
くすること共に、hfeの低下を抑制する。 【解決手段】シリコン基板1上に形成されたベース層9
と、このベース層9内に形成されたエミッタ層12と、
このエミッタ層12にコンタクトするエミッタ配線層2
2とを有する半導体装置において、前記エミッタ層12
上とエミッタ配線層22との間にシリコン層から成るエ
ミッタ電極層14を介在させ、エミッタ層12はエミッ
タ電極層14から熱拡散された不純物から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、さらに詳しく言えば、バイポーラ型ト
ランジスタの構造とその製造方法、バイポーラ型トラン
ジスタとMOS型トランジスタを同一半導体基板上に集
積化した半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図9は従来例に係る半導体装置を示す断
面図である。P型シリコン基板50の表面にNPN型ト
ランジスタのN型コレクタ領域51が形成されている。
52A,52BはNPN型トランジスタのP+型分離層
である。N型コレクタ領域51内にはP−型ベース層5
3があり、さらにP−型ベース層内53にN+型エミッ
タ層54が形成されている。また、55はN型コレクタ
領域51内に形成されたオーミックコンタクト形成用の
N+型コレクタ取り出し層である。56はP型シリコン
基板50の表面を覆うシリコン酸化膜56である。N+
型エミッタ層54、N+層55上のシリコン酸化膜56
にはコンタクトホールが開口され、それぞれにエミッタ
Al配線層57、コレクタAl配線層58が形成されて
いる。
【0003】上述したNPN型トランジスタと、MOS
トランジスタを同一のP型シリコン基板50に形成する
には、P+型分離層52A,52Bの代わりに、選択酸
化によるロコス酸化膜を用いると共に、エミッタ層5
4、N+型コレクタ取り出し層55については、MOS
トランジスタのソース/ドレイン層の形成工程を適用し
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した構成のNPN
型トランジスタでは、非飽和領域のI−V特性を改善す
るために、N+型コレクタ取り出し層55を高濃度で深
く形成することによりコレクタ抵抗を下げることが必要
である。
【0005】しかしながら、微細化に伴い、MOSトラ
ンジスタのソース/ドレイン層の接合深さは浅くなるの
で、N+型コレクタ取り出し層55をMOSトランジス
タのソース/ドレイン層の形成工程によって形成しよう
とすると、N+型コレクタ取り出し層55の濃度及び深
さが十分確保できない。
【0006】一方、N+型コレクタ取り出し層55を高
濃度の不純物イオン注入で形成することは装置負荷が重
くなり生産性が低下すると共に、ソース/ドレイン層の
形成工程と別個の工程となることにより製造工程が増加
してしまうという問題があった。
【0007】また、N+型コレクタ領域55上にコンタ
クト領域を形成していたので、マスクずれを考慮する
と、N+型コレクタ取り出し層55のパターン面積が大
きくなるという問題があった。
【0008】そこで、本発明は製造工程を増加させるこ
となくコレクタ抵抗を下げ、NPNトランジスタの非飽
和特性を向上させると共に、N+型コレクタ取り出し層
55のパターン面積を小さくすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された
コレクタ領域と、このコレクタ領域表面に形成されたコ
レクタ取り出し層と、このコレクタ取り出し層に接続さ
れるコレクタ配線層を有する半導体装置において、前記
コレクタ取り出し層とコレクタ配線層との間にシリコン
層を介在させ、前記コレクタ取り出し層は該シリコン層
から熱拡散された不純物から成ることを特徴とするもの
である。
【0010】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上にコレクタ領域を形成する工程と、前記半
導体基板上の全面に酸化膜を形成する工程と、 前記酸
化膜の所定領域上に第1のシリコン層及び耐酸化性膜を
積層して形成する工程と、前記耐酸化性膜をマスクとし
た選択酸化によりフィールド酸化膜を形成する工程と、
前記コレクタ領域の表面を部分的に露出する工程と、
前記露出されたコレクタ領域上を含む全面に第2のシリ
コン層を形成する工程と、 前記第2のシリコン層から
前記コレクタ領域に不純物を熱拡散させることによりコ
レクタ取り出し層を形成する工程と、 前記第1及び第
2のシリコン層を選択的にエッチングすることにより、
前記第1及び第2のシリコン層から成るコレクタ電極層
を形成する工程と、 前記コレクタ電極層の上面にコン
タクトするコレクタ配線層を形成する工程と、を有する
ことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態に係る
半導体装置及びその製造方法ついて、図1〜図8を参照
しながら説明する。なお、図1〜図8において、図面の
右側にNPN型トランジスタの形成領域、左側にPチャ
ネル型MOSトランジスタの形成領域を示している。
【0012】図1に示すように、P型シリコン基板1上
に、N型ウエル領域2A、2Bを形成する。N型ウエル
領域2AはNPN型トランジスタのコレクタ領域、N型
ウエル領域2BはPチャネル型MOSトランジスタのウ
エル領域となる。
【0013】次に、P型ウエル領域3を形成する。図面
では素子分離領域に形成されているが、Nチャネル型M
OSトランジスタの形成領域にも用いられる。P型ウエ
ル領域3では(イオン注入+熱拡散)が基本であるが、
N型ウエル領域2A、2Bをコンペンセートして形成し
てもよいし、N型ウエル領域2A、2Bと別の領域に形
成してもよい。また、P型ウエル領域3は後の工程で形
成してもよい。
【0014】そして、P型シリコン基板1上に15nm
程度の薄い酸化膜4を熱酸化により形成する。この薄い
酸化膜4上に50nm〜100nmの第1のポリシリコ
ン層5、50nm〜100nmのシリコン窒化膜(Si3N
4膜)6をLPCVD法により形成し、第1のポリシリ
コン層5、シリコン窒化膜6を選択的にエッチングす
る。なお、ここでシリコン窒化膜6のみを選択的にエッ
チングするようにしてもよい。
【0015】次に、1000℃程度の熱酸化を行うと、
図2に示すように第1のポリシリコン層5、シリコン窒
化膜6がエッチングにより除去された領域にフィールド
酸化膜7が形成される。フィールド酸化膜7の膜厚は例
えば500nm程度である。ここで、薄い酸化膜4はパ
ッド酸化膜と呼ばれるもので、フィールド酸化膜7のい
わゆるバーズビーク下のP型シリコン基板1に結晶欠陥
が発生するのを防止する。また、第1のポリシリコン層
5は、パッドポリシリコンと呼ばれるもので、バーズビ
ークを短く抑制する働きをする。通常、薄い酸化膜4、
第1のポリシリコン層5はフィールド酸化後に除去する
が、本プロセスではこれらをそのまま残存させ、以下に
説明するようにデバイスの構成要素として利用する。
【0016】次に、図3に示すように、シリコン窒化膜
6を除去した後に、ホトレジスト層8を形成し、露光現
像処理によりベース層形成領域に開口部を設ける。そし
て、ホトレジスト層8をマスクとして、この開口部から
ボロン(+B11)をイオン注入し、ベース層9を形成す
る。このときの注入量は1×1014/cm2程度であ
る。また、必要であればベース拡散を行う。
【0017】次に、図4に示すように、ベース層9の所
定領域上、コレクタ領域2Aの所定領域上の薄い酸化膜
4及び第1のポリシリコン層5を選択的エッチングによ
り除去し、開口部10A,10Bを形成する。これによ
り、ベース層9及びコレクタ領域2Aの表面は部分的に
露出される。
【0018】次に、図5に示すように、LPCVD法に
より全面に、50nm〜100nm程度の第2のポリシ
リコン層11を形成する。第2のポリシリコン層11
は、露出されたベース層9及びコレクタ領域2Aの表面
に接触される。そして、POCl3を用いたリン拡散に
より、第2のポリシリコン層11からリンがベース層9
及びコレクタ領域2Aに拡散し、N+型エミッタ層1
2、N+型コレクタ取り出し層13が形成される。
【0019】このリン拡散によれば、ソース/ドレイン
層より深く、高濃度の拡散層の形成が可能である。例え
ば、ソースドレイン層が0.3μmであるとすると、N
+型エミッタ層12は0.8μm程度、N+型コレクタ
取り出し層13は0.8μm以上に深くすることができ
る。これにより、N+型コレクタ取り出し層13は低抵
抗化され、NPN型トランジスタの非飽和領域のI−V
特性が改善される。また、ベース電流がエミッタに逆注
入されにくくなるので、hfeの低下が抑止される。
【0020】次に、図6に示すように、第2のポリシリ
コン層11及び第1のポリシリコン層5を選択的にエッ
チングすることにより、エミッタ電極層14、コレクタ
電極層15を形成する。これにより、エミッタ電極層1
4、コレクタ電極層15は、N+型エミッタ12層、N
+型コレクタ取り出し層13に接触すると共に、薄い酸
化膜4上に残された第1のポリシリコン層5上に延在し
た第2のポリシリコン層11とから構成される。
【0021】また、上記の選択エッチング工程では、同
時に、ポリシリコン配線層16、MOSトランジスタの
ゲート電極層17が形成される。すなわち、エミッタ電
極層14、コレクタ電極層15は、MOSトランジスタ
のゲート電極層17の形成工程と同時に行えるので工程
数の削減をすることができる。
【0022】また、フィールド酸化膜7のポリシリコン
配線層16は第1のポリシリコン層5上に積層されるこ
となく、単層である。そのため、フィールド酸化膜7に
よる平坦性の悪化を緩和することができ、後に行われる
上層配線形成のためのリソグラフィー工程において、加
工精度を高めることができるという利点もある。
【0023】次に、図7に示すように、全面にCVD酸
化膜を堆積した後に、このCVD酸化膜をエッチバック
すると、MOSトランジスタのゲート電極層17のサイ
ドウオール膜18が形成される。そして、ボロンなどの
イオン注入を行うことにより、Pチャネル型MOSトラ
ンジスタのP+型ソース層19、P+型ドレイン層20
を形成する。
【0024】なお、本実施形態では、説明の便宜上、N
PN型トランジスタとPチャネル型MOSトランジスタ
を同一シリコン基板1上に形成する方法について説明し
ているが、BICMOS化する場合には、Nチャネル型
MOSトランジスタも形成することは言うまでもない。
【0025】次に、図8に示すように、全面にBPSG
膜などの層間絶縁膜21を形成し、エミッタ電極層14
及びコレクタ電極層15上にコンタクトホールを形成す
る。また同時に、P+型ソース層19、P+型ドレイン
層20上にコンタクトホールを形成する。さらに、これ
らのコンタクトホールを介して、エミッタAl配線層2
2、コレクタAl配線層23、ソースAl配線層24、
ドレインAl配線層25を形成する。
【0026】ここで、N+型エミッタ層12、N+型コ
レクタ取り出し層13上に夫々、エミッタ電極層14及
びコレクタ電極層15を介在させているので、エミッタ
電極層14及びコレクタ電極層15上でコンタクトホー
ルを大きく形成することができることにより、N+型エ
ミッタ層12、N+型コレクタ取り出し層13は小さい
パターン面積で形成することが可能に成る。
【0027】また、N+型エミッタ層12上にポリシリ
コンから成るエミッタ電極層14を介在させて、エミッ
タAl配線層22を設けているので、エミッタ電極層1
4とエミッタAl配線層22とが離され、これにより、
ベース電流がエミッタAl配線層22に逆注入されにく
くなり、トランジスタのhfeが小さくなることが防止
される。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置及びその製造方法によれば、製造工程を増加させるこ
となくコレクタ抵抗を下げ、NPNトランジスタの非飽
和特性を向上させることが可能となる。
【0029】また、コレクタ取り出し層とコレクタ配線
層との間にシリコン層を介在させているので、マスクず
れの影響がなくなり、バイポーラトランジスタのコレク
タ面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図5】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図6】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図7】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明するための断面図である。
【図8】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を説明するための断面図である。
【図9】従来例に係る半導体装置を示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/06 21/8249 Fターム(参考) 4M104 BB01 BB40 CC01 DD16 DD43 DD55 DD91 FF13 GG06 GG15 HH15 5F003 BA97 BC05 BC07 BC08 BE07 BE08 BH06 BH08 BH18 BJ15 BP06 BP32 BP94 5F033 HH08 JJ04 KK01 LL04 NN20 QQ08 QQ09 QQ10 QQ37 QQ73 QQ76 RR04 RR06 RR15 SS13 SS25 SS27 TT08 XX00 XX09 5F048 AA01 AA09 AA10 AC05 AC07 BB05 BB12 BE03 BF03 BG12 CA03 CA14 CA15 DA14 DA15 DA25 5F082 AA08 AA13 AA16 BA04 BA23 BC09 DA03 DA10 EA12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたコレクタ領域
    と、このコレクタ領域表面に形成されたコレクタ取り出
    し層と、このコレクタ取り出し層に接続されるコレクタ
    配線層を有する半導体装置において、前記コレクタ取り
    出し層とコレクタ配線層との間にシリコン層を介在さ
    せ、前記コレクタ取り出し層は該シリコン層から熱拡散
    された不純物から成ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にコレクタ領域を形成する
    工程と、 前記半導体基板上の全面に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜の所定領域上に第1のシリコン層及び耐酸化
    性膜を積層して形成する工程と、 前記耐酸化性膜をマスクとした選択酸化によりフィール
    ド酸化膜を形成する工程と、 前記コレクタ領域の表面を部分的に露出する工程と、 前記露出されたコレクタ領域上を含む全面に第2のシリ
    コン層を形成する工程と、 前記第2のシリコン層から前記コレクタ領域に不純物を
    熱拡散させることによりコレクタ取り出し層を形成する
    工程と、 前記第1及び第2のシリコン層を選択的にエッチングす
    ることにより、前記第1及び第2のシリコン層から成る
    コレクタ電極層を形成する工程と、 前記コレクタ電極層の上面にコンタクトするコレクタ配
    線層を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1及び第2のシリコン層を選択的
    にエッチングすることにより、前記第1及び第2のシリ
    コン層から成るコレクタ電極層を形成する工程におい
    て、同時に前記第1及び第2のシリコン層から成るMO
    Sトランジスタのゲート電極を形成することを特徴とす
    る請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009071181A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Nec Electronics Corp 半導体装置の製造方法

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