JP2007109972A - 縦型バイポーラ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース領域が小さい場合でも、ベース領域の低濃度部分によるトランジスタ動作や、低濃度部分に起因するパンチスルーの発生を防ぎ、素子動作が高速で、かつ確実な縦型バイポーラ素子の製造方法を提供する。
【課題の解決手段】縦型バイポーラ素子の製造工程において、コレクタ層１を形成したシリコン基板上に素子分離用のフィールド酸化膜２を形成する工程と、シリコン基板に対してフィールド酸化膜２をマスクとしてベース領域３を形成するためにベース不純物をイオン注入する工程と、このイオン注入工程の後になされたフィールド酸化膜２の膜厚調整のためのエッチング工程等によって後退したフィールド酸化膜２をマスクとして、ベース領域３に再度同一導電型のベース不純物を同一条件でイオン注入する工程と、再度イオン注入を行ったベース領域３にエミッタ不純物を注入してエミッタ領域４を形成する工程とを含むものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、縦型バイポーラ素子の製造方法に関する。

一般に、縦型バイポーラ素子におけるベース領域の形成は、フィールド酸化膜をマスクにしてベース不純物をイオン注入してなされ、ベース領域はその後の熱拡散によりガウス分布に近い分布となる。続いて、このベース領域にエミッタ領域を形成するため、さらにエミッタ不純物をイオン注入し、熱拡散する。そして、従来は、一度のイオン注入、熱拡散工程により、ベース領域を形成するのが一般的である。
特開平８−３３０３２３号公報

縦型バイポーラ素子においては、ベース領域の面積が小さい程、コレクタ領域との接合容量が小さくなるので、素子の動作は高速化する。ところが、上述した従来の技術では、ベース領域を形成した後のフィールド酸化膜が、この酸化膜の膜厚調整工程やその他工程流動中で後退してしまうと、ベース領域端部でのフィールド酸化膜との間の表面には低濃度の部分が露出してしまう。

そして、この低濃度の部分が露出した状態のベース領域にエミッタ領域を形成すると、ベース領域の面積が十分大きい場合は問題がないが、動作の高速化を図るために面積を小さくした場合には、エミッタ領域がベース領域表面の高濃度部分を潰してしまい、フィールド酸化膜とエミッタ領域との間に位置するベース領域端部の表面に、低濃度の部分が露出して存在することとなる。このため、前記低濃度部分によるトランジスタ動作や、この低濃度部分に起因するパンチスルーが発生しやすいという問題があった。

本発明は、上述の問題を解決するために、フィールド酸化膜とエミッタ領域との間に位置するベース領域端部の表面に、低濃度の部分が露出しない縦型バイポーラ素子を製造する方法である。すなわち、本発明の縦型バイポーラ素子の製造方法は、その製造工程において、シリコン基板上に素子分離用のフィールド酸化膜を形成する工程と、前記シリコン基板に対して前記フィールド酸化膜をマスクとしてベース領域を形成するためにベース不純物をイオン注入する工程と、このイオン注入工程の後になされた前記フィールド酸化膜の膜厚調整のためのエッチング工程等によって後退したフィールド酸化膜をマスクとして、前記ベース領域に前記ベース不純物と同一導電型のベース不純物を再度イオン注入する工程と、再度イオン注入を行ったベース領域にエミッタ不純物をイオン注入してエミッタ領域を形成する工程とを含むものである。

そして、好ましくは、上述の各工程のうち、ベース不純物をイオン注入する各工程におけるイオン注入を同一条件で、すなわち、加速エネルギーとドーズ量の条件を同一にして行うものである。

本発明によれば、シリコン基板にベース不純物をイオン注入してベース領域を形成後、後退したフィールド酸化膜をマスクとして、ベース領域に再度同一導電型のベース不純物をイオン注入することにより、ベース領域表面の低濃度部分を高濃度化し、その後エミッタ領域を形成することによって、ベース領域の面積が小さい場合でも、表面部分はすべて高濃度部分となるので、従来生じていた低濃度部分によるトランジスタ動作や、低濃度部分に起因するパンチスルーの発生を防ぎ、素子動作の高速化を図るとともに、動作の確実性を保証することができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施の形態を、製造工程を示す添付図面を参照して説明するが、この説明は本発明の実施に関する工程についてのみ行うもので、縦型バイポーラ素子の製造方法における全工程をすべて説明するものではない。図１に示すように、単結晶シリコン基板上に公知の方法で形成したコレクタ層１の上面に、例えば窒化シリコン層を用いた公知の選択酸化技術（ＬＯＣＯＳ法）で、分離層としてフィールド酸化膜２を形成する。

続いて、同じく図１に示すように、フィールド酸化膜２をマスクとしてベース不純物をイオン注入し、ベース領域３を形成する。このベース領域３はアニール処理による熱拡散によって、図２に模式的に示すように、高濃度部分３ａ，３ｂから低濃度部分３ｃ，３ｄまでガウス分布に近い拡散分布となる。なお、図中、ハッチングの間隔の広狭によってベース領域３の濃度の高低を示しており、ハッチングの間隔が狭い程、濃度が高いことを表し、低濃度部分３ｃ，３ｄがいわゆる真性ベース領域となる。

このイオン注入工程の後に、フィールド酸化膜２の膜厚調整のためにエッチング工程を行う。このエッチング工程によって、図３に示すように、フィールド酸化膜２が後退し、ベース領域３の端部では表面に低濃度部分３ｃが露出する状態になる。ここで、図４に示すように、後退したフィールド酸化膜２をマスクとして、前記ベース領域３に一回目に注入したベース不純物と同一導電型のベース不純物を、同一条件で、再度イオン注入する。すなわち、一回目に注入したベース不純物がＮ型であればＮ型、Ｐ型であればＰ型の不純物を、一回目と同一の加速エネルギー及びドーズ量でイオン注入する。

この再度のイオン注入においては、熱履歴の差により、拡散は１回目ほどは進まず、表面部分だけが高濃度化する状態となり、表面に露出していた低濃度部分３ｃは消滅し、高濃度部分３ｂは高濃度部分３ａに同一化する（図５参照）。一方、表面部分以外の低濃度部分３ｃ，３ｄは、そのままの状態で残ることになる。

続いて、図５に示すように、再度のイオン注入を行ったベース領域３に、エミッタ不純物をイオン注入し、熱拡散してエミッタ領域４を形成する。このエミッタ領域４の形成においてベース領域３が潰されても、エミッタ領域４とフィールド酸化膜２の間のベース領域３は、すべて高濃度部分３ａであり、低濃度部分３ｃ，３ｄが露出することはない。そして、エミッタ領域４に対して縦方向に位置する真性ベース領域である低濃度部分３ｃ，３ｄは、従来と同等の状態で存在する。この後、従来公知の工程を経て、縦型バイポーラ素子が製造されるものである。

このようにして製造した縦型バイポーラ素子では、素子動作の高速化を図るためにベース領域３の面積を小さくしても、ベース領域３の表面に露出する部分はすべて高濃度部分３ａとなるので、低濃度部分３ｃ，３ｄによるトランジスタ動作は抑制され、パンチスルー耐圧も向上する。

本発明に係る縦型バイポーラ素子の製造工程のベース領域形成工程を示す断面図。 同じくベース領域の熱拡散による拡散分布状態を示す断面図。 同じくフィールド酸化膜の後退状態を示す断面図。 同じく再度のイオン注入工程を示す断面図。 同じくエミッタ領域形成状態を示す断面図。

符号の説明

１ コレクタ層
２ フィールド酸化膜
３ ベース領域
３ａ，３ｂ 高濃度部分
３ｃ，３ｄ 低濃度部分
４ エミッタ領域

Claims (2)

1. 縦型バイポーラ素子の製造工程において、シリコン基板上に素子分離用のフィールド酸化膜を形成する工程と、前記シリコン基板に対して前記フィールド酸化膜をマスクとしてベース領域を形成するためにベース不純物をイオン注入する工程と、このイオン注入工程の後になされた前記フィールド酸化膜の膜厚調整のためのエッチング工程等によって後退したフィールド酸化膜をマスクとして、前記ベース領域に前記ベース不純物と同一導電型のベース不純物を再度イオン注入する工程と、再度イオン注入を行ったベース領域にエミッタ領域を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする縦型バイポーラ素子の製造方法。
2. ベース不純物をイオン注入する各工程におけるイオン注入を同一条件で行うことを特徴とする請求項１記載の縦型バイポーラ素子の製造方法。
   

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