JP3065006B2 - Bicmos技術によるnpnトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
Bicmos技術によるnpnトランジスタ及びその製造方法Info
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Description
り詳細にはNPNトランジスタの製造方法に関する。
れ参考としてこの明細書に取り入れてある特許出願には
BICMOS技術(即ち、この技術によりバイポーラト
ランジスタと相補型MOSとを同時に製造することがで
きる)と互換性があるバイポーラトランジスタの製造方
法が記載されている。
ジスタの例は前述の特許出願の図12Aに示されてお
り、同じものを添付の図1に再現している。
板(図示していない)内に形成された埋め込み層3の上
にあるエピタキシャル層2内に作られている。該トラン
ジスタは厚い酸化層5の中に作られた窓の中に作られて
いる。参照番号21と22はバイポーラトランジスタの
記述には必要でない薄い酸化シリコンと窒化シリコンと
を示している。領域23はベース接触拡散32がこのシ
リコン層を形成しているのでベースポリシリコンと呼ば
れるP型のドーピングされたポリシリコン層である。ポ
リシリコン層23はカプセル封じ酸化シリコン層24で
コーティングされている。中央のエミッタ−ベース開口
部は層22と23内に全体が形成されている。薄い酸化
シリコン層31はポリシリコン層23の側面と該開口部
の底を覆っている。この開口部内では、選択されたドー
ピングレベルでサブコレクタ領域を形成することを意味
するN型の高エネルギーの注入30が行われる。エミッ
タ−ベース開口部の壁は窒化シリコン層44でコーティ
ングされている。ポリシリコンの横のスペーサ43は該
開口部の側面に形成されている。窒化シリコン領域44
とポリシリコンスペーサ43の形成の前に、真性ベース
注入部33が形成される。該スペーサが形成された後、
エミッタ領域49が形成されるドーピングが十分行われ
たN型のポリシリコン層46がデポジットされる。ポリ
シリコン層46はカプセル封じ酸化層47でコーテング
されている。構造の全体は絶縁性の平面化された層51
でコーティングされており、該層51を通してポリシリ
コン層46に接合されているエミッタ接触開口部55
と、ポリシリコン層23に接合されているベース接触開
口部56とが形成されている。更に、コレクタ接触(図
示していない)は埋め込み層3に向かうN型のドライブ
インを通して形成されている。
タ−ベース開口部はエピタキシャル層2の厚さの中に少
し入っている。これは、製造過程と、シリコン基板のエ
ッチングに対し選択的にポリシリコン層23をエッチン
グする欠点の可能性から必然的に生ずる。
れておらず、製造パラメータの係数の僅かな変化に基づ
き例えば規定された値の30nmに対し±20nm変化
する。これにより、非真性ベースと真性ベースとの間が
可変であり、これにより該ベースに至る抵抗が変動する
NPNトランジスタの特性が変化する。開口部の底の表
面の面積−エミッタの表面の面積はドーピングされたポ
リシリコンのエッチングを終えることと品質が悪く成る
可能性によって定まり、これは更に該トランジスタの特
性の安定性も損なう。
PNトランジスタと同じ型のNPNトランジスタを提供
することであるが、該トランジスタのパラメータは製造
パラメータの変動から独立して正確に調整できる。
タ間の漂遊容量が少ないトランジスタを提供することで
ある。
至る抵抗が調整可能であるトランジスタを提供すること
である。
発明は厚い酸化層の中に範囲が定められた窓のほぼ中央
に形成された開口部で、この開口部が該厚い酸化層の少
なくともほぼ同じ程度の大きさの深さまでエピタキシャ
ル層に入り込み、該開口部の壁が酸化シリコンの層と窒
化シリコンの層とでコーティングされており;該開口部
の横の壁と底の壁の一部の上に形成されたポリシリコン
のスペーサと;該開口部内にあり、スペーサにより範囲
が定められた空間内の開口部の底が該エピタキシャル層
と接触して形成されているN型の十分にドーピングされ
たポリシリコン層と;該開口部の底にあるN型にドーピ
ングされた領域と;該開口部の底にある第1のP型にド
ーピングされたベース領域と;該開口部の側面の上にあ
る第2の少なくドーピングされたP型の領域と;該開口
部の上部の近くに形成された第3の十分にドーピングさ
れたP型の領域であり、この第3の領域はN型にドーピ
ングされたポリシリコン層と接触しており、三つのP型
の領域が隣接しておりトランジスタのベースを形成して
いる;ことを含むことを特徴とし該厚い酸化層の中に範
囲が定められた窓の中のエピタキシャル層の中に実現さ
れたNPN型のトランジスタを提供している。
タは第3の領域と第2の領域との間に第4のP型にドー
ピングされた中間領域を更に含んでいる。
口部内で注入部から生ずるオーバードーピングの領域及
び埋め込み層のエピタキシャル層の一部から垂直に形成
されている。
を定めること;ポリシリコン層及び酸化シリコン層をデ
ポジットすること;該窓の中央で酸化シリコン及びポリ
シリコンの層をかなり切り開くこと;熱酸化を行うこ
と;該酸化シリコンに対し選択的にエッチングが可能な
第1の材料の絶縁層を該開口部内に形成すること;該酸
化シリコンと該第1の材料に対し選択的にエッチングが
可能な第2の材料内にスペーサを形成すること;該スペ
ーサにより範囲を定められた領域内に該開口部の底を切
り開くこと;N型にドーピングされたポリシリコン層を
デポジットすること;の段階と、更にポリシリコンと酸
化シリコン層を切り開いた段階の後に、決められた深さ
まで該エピタキシャル層を更に切り開き、該開口部の底
でその壁の上にあるエピタキシャル層にP型の不純物を
注入する;段階を含むことを特徴とするN型のエピタキ
シャル層にNPNトランジスタを製造する方法も提供し
ている。
は低い入射角の状態の傾斜の注入の段階である。
な入射角でP型のドーピングの量が多い状態の傾斜した
注入の第2の段階を更に含んでいる。
ピタキシャル層の中に開口部を形成する段階の後に、該
エピタキシャル層の中に高いドーピングのレベルで、こ
のエピタキシャル層の下に形成されたN+ 型の埋め込み
層の近くにN型のコレクタ領域を形成するためN型の不
純物を注入する段階を含んでいる。
窒化シリコンである。
ポリシリコンである。
ンジスタを目的としている。
のことと同様に添付した図面に関し本発明の特別な実施
態様の以下に示しこれに限定されない記載に詳細に述べ
る。
イポーラトランジスタを製造する最初の段階を示してい
る。N型のエピタキシャル層101の上の、厚い酸化層
102の中に窓の範囲が定められている。例えば、層1
03は窓102より広く開いており、他の段階が行われ
ることを示す間該層103はこの窓を保護する前の段階
に使用されている。層103は厚さが20から30ナノ
メートル窒化シリコンの層で覆われた例えば20から3
0ナノメートルの酸化シリコンの層である。この層10
3はバイポーラトランジスタに於て記載すべき機能的な
役割を有していないので図示していない。
後、注入により例えば十分にドーピングされた(典型的
には20keVのもとで5×1015の量のBF2 )P型
シリコン層105、酸化シリコン層106及びマスキン
グレジスト層108が連続的にデポジットされている。
製造に適合する実施態様に於て、数値の例として、厚い
酸化層102の厚さは約500nmであり、酸化シリコ
ン層105の厚さは約200nmであり、酸化シリコン
層106の厚さは約300nmであり、レジスト層10
8の厚さは約1000nm(1μm)である。
フォトリソグラフィにより作られる。この開口部は厚い
酸化層102の中に作られた窓の中にほぼ中央に配置さ
れている。厚い酸化層102の中の窓の幅が約1200
nmならば、レジスト層内の開口部の幅は約400nm
から800nmであり、例えば600nmである。
6とポリシリコン層105に対し連続した異方性プラズ
マエッチングが行われている。
101のモノシリコンに対する異方性エッチングも行わ
れる。このエッチングは定められた期間続きシリコン内
への選択された入り込みの深さに達する。この深さは例
えば約300nmから1000nmであり、例えば60
0nmである。この深さは少しも無視できなく、厚い酸
化層102の大きさと同じ次数である(500nm)こ
とに注意する必要がある。以下の記載から判る様に、こ
の深さの選択により、NPNトランジスタに対し所望の
特性を選択することができる。
取り除かれ、先に形成された開口部に酸化焼きなましが
行われシリコン層110が生ずる。この層はモノシリコ
ン101とポリシリコン105の目に見える表面に生ず
る。約5nmの酸化の厚さにするため、850℃から9
00℃までの温度で酸素のある状態で焼きなましが25
分間行われる。この焼きなましの段階の間、ポリシリコ
ン105内に含まれるホウ素又は他のP型ドーピングが
下にあるシリコン内に拡散しP型のベース接触領域11
2を形成し、その接合部の深さは例えば約100nmで
ある。
ングの二つの連続した注入が行われる。
転として1°から10°の角度の斜めの入射の下で行わ
れる。アニールの後、注入領域は図に示す形を有し、該
開口部の底の深く注入される領域114と該開口部の横
の浅く注入される領域115とを含む。この第1の注入
は例えば2.1013at./cm2の量で5keVのもとで
行われるホウ素注入である。
の入射の下で行われるが、30°から50°の範囲で例
えば45°であり先の角度より大きな入射角で、エピタ
キシャル層101内に形成された該開口部の側部の上部
にのみ不純物が注入される。ドーピングのレベルが領域
114−115のドーピングのレベルと領域112のド
ーピングのレベルの間の中間にある注入された領域11
7はこの様に得られる。この第2の注入は例えば、高い
エネルギー(45keV)のもとで、比較的高い量、例
えば1014atoms/cm2でのフッ化ホウ素(BF2)に
より行われる注入である。
な実施態様を構成するが、選択は自由である。
明に基づく構造を示している。窒化シリコン層120は
最初装置の表面全体の上で、特に該開口部の中でデポジ
ットされ、その後にポリシリコン層121がデポジット
される。該ポリシリコン層は図に示す様にエッチングさ
れ該開口部の壁に沿って適所にスペーサが置かれる。次
にスペーサ121により保護されていない窒化シリコン
の層の部分は取り除かれる。その後、熱酸化シリコン層
110の目に見える部分は該開口部の底が取り除かれ、
更に元の場所で十分にドーピングされたN型のポリシリ
コン層123がデポジットされる。次に熱焼きなましが
開口部の底で、バイポーラトランジスタのエミッタを形
成するN型のドーピング領域125を拡散するため行わ
れる。
バイポーラトランジスタのコレクタ領域は図7に示して
いる。このコレクタ部分はベース−エミッタの開口部の
下にあるエピタキシャル層101の一部に対応してお
り、より詳細には図4に示す段階の後(レジスト層10
8の除去の前)すぐに開口部から注入により形成され、
N+131(図示していないが、それ自体がP型のシリ
コンウェーハの上に形成されている)型の埋め込み層の
上で広がる領域を含んでいる。事実上横にしかも深さが
エミッタ−領域125の下に限定されているコレクタ領
域130と真性ベース領域はこの様に得られる。
る。このドーピングの集中は本発明に基づきベース−エ
ミッタ開口部の軸に沿って取った断面図から得られてい
る。連続的に次の領域が現れている: −エミッタ領域で、その表面の集中は約1020at./cm3
である、 −真性ベース領域で、その接合部の集中は約数1018a
t./cm3 である、 −エピタキシャル層101の部分で、そのドーピングの
レベルは約1016at./cm3 である、 −領域130で、その最大ドーピングのレベルは約10
17at./cm3 である、 −埋め込み層131で、その最大ドーピングのレベルは
約1019at./cm3 である、 −構造が形成されているP型の基板で、そのドーピング
のレベルは例えば約1015at./cm3 である。
(1400nm)であり、開口部の底が表面から600
nmにあると仮定すると、領域125の厚さは約60n
mであり、開口部の底の下にある領域114の全体の厚
さは約120nmであり、オーバードーピングを受けな
いエピタキシャル層の厚さは約200nmであり、適合
したドーピングのコレクタ領域130の厚さは約200
nmである。
の開口部をエピタキシャル層101に与えることと、こ
の開口部の回り及び底にドーピングされた幾つかのレベ
ルのベースを与えることである。この様に、真性ベース
領域114のドーピングレベルは所望の様に設定でき、
ベース接触領域112に向かう領域115及び117を
含む外因性ベースの抵抗は所望の様に調整でき、ベース
抵抗を最適にし、ベース−エミッタ及びベース−コレク
タの容量を減少させ、エミッタ−ベース接合の逆特性を
改善することができる。実際には、これらのベース−エ
ミッタ及びベース−コレクタの容量は本質的には、一方
ではより多くドーピングされた部分112とエミッタ領
域114の間の距離により、他方ではコレクタ130の
より多くドーピングされた領域により左右される。該開
口部の深さとベースのドーピングのレベルは所要の結果
に基づき調整できる。
種々の変更、修正及び改善を行うことができる可能性が
ある。特に、ベース接触、エミッタ接触、及びコレクタ
接触のリカバリーは記載していないが、図1に関連して
記載した方法で行うことができる。
ポリシリコン領域123の間が短絡するあらゆる危険を
避けるため、窒化シリコン層のデポジットはポリシリコ
ン層105と酸化シリコン層106の間のインターフェ
イスに与えられる。この追加された窒化シリコン層の開
口部の横にある目に見える端はデポジットの上で窒化シ
リコン層120と溶接される。この様に、酸化シリコン
層106の端と窒化シリコン外側の壁との間のインター
フェイスにエッチング剤又はプラズマエッチングの間に
あらゆるエッチングが侵入するいかなる危険も避けられ
る。
常に小さな大きさの構造に適用できることを示したが、
本発明は更により一般的に抵抗及び漂遊容量を最適にし
たい種々の大きさのNPNトランジスタを実現すること
に適用できることを示している。同様に、特別なドーピ
ング及び注入形式の使用を例として示した。当業者はド
ーピングの使用に対し幾つかの周知の変更したものを使
用することができる。
用することができる。例えば、他の材料を窒化シリコン
層120として、及びポリシリコン層121として使用
することができる。これら二つの材料のみは互いに、及
び酸化シリコンに対し選択的にエッチングすることがで
き、第2の材料はスペーサを形成する様にエッチングす
る必要がある。
一部であり、本発明の精神及び範囲であることを意味し
ている。従って、前述の記載は一例であり、これに限定
されない。
記載した方法により製造されたNPNトランジスタを示
す図である。
段階を示す図である。
段階を示す図である。
段階を示す図である。
段階を示す図である。
段階を示す図である。
段階を示す図である。
線である。
Claims (9)
- 【請求項1】 厚い酸化層(102)の中に範囲が定め
られた窓のほぼ中央に形成された開口部を有し、この開
口部がエピタキシャル層(101)の中に該厚い酸化層
の厚さと少なくとも同じ程度の深さまで入り込み、該開
口部の壁が酸化シリコンの層(110)と窒化シリコン
の層(120)とでコーティングされており、 該開口部の側壁に形成されたポリシリコンのスペーサ
(121)と、 該開口部内にあり、スペーサ(121)により範囲が定
められた空間内の開口部の底が前記エピタキシャル層
(101)と接触して形成されているN型の十分にドー
ピングされたポリシリコン層(123)と、 該開口部の底にあるN型にドーピングされた領域(12
5)と、 該開口部の底にある第1のP型にドーピングされたベー
ス領域(114)と、 該開口部の側壁の上にある前記第1の領域(114)よ
り少なくドーピングされた第2のP型の領域(115)
と、 該開口部の上部の外周部に形成された前記第2の領域
(115)より深くドーピングされた第3のP型の領域
(112)とを有し、この第3の領域はP型にドーピン
グされたポリシリコン層(105)と接触しており、三
つのP型の領域が隣接しておりトランジスタのベースを
形成している、 ことを含むことを特徴とし、該厚い酸化層(102)の
中に範囲が定められた窓の中のエピタキシャル層の中に
実現されたNPN型のバイポーラトランジスタ。 - 【請求項2】 第3の領域(112)と第2の領域(1
15)との間に第4目のP型にドーピングされた中間領
域(117)を更に含んでいる請求項1に記載のNPN
トランジスタ。 - 【請求項3】 コレクタ領域が、前記エピタキシャル層
(101)、前記開口内で注入部(130)から生ずる
オーバードーピング領域、及び埋め込み層(131)に
より前記開口部の下に形成される請求項1又は2に記載
のNPNトランジスタ。 - 【請求項4】 N型のエピタキシャル層(101)にN
PNトランジスタを製造する方法であって、 厚い酸化領域(102)内に窓の範囲を定めること、 ポリシリコン層(105)及び酸化シリコン層(10
6)をデポジットすること、 該窓のほぼ中央で酸化シリコン(106)及びポリシリ
コン(105)の層を切り開いて前記の窓の範囲より小
さな開口部を形成すること、 熱酸化を行うこと、 酸化シリコンに対し選択的にエッチングが可能な第1の
材料(120)の絶縁層を前記開口部の中に形成するこ
と、 該酸化シリコンと該第1の材料に対し選択的にエッチン
グが可能な第2の材料(121)によりスペーサを形成
すること、 該スペーサにより範囲を定められた領域内で前記開口部
の底を切り開くこと、N型にドーピングされたポリシリ
コン層(123)をデポジットすること、 を含み、 ポリシリコン(105)と酸化シリコン(106)層を
切り開いて前記開口部を形成した段階の後に、 決められた深さまで前記エピタキシャル層(101)を
更に切り開き、前記開口部の底及び側壁の上で該エピタ
キシャル層の中にP型の不純物を注入する、 段階を含むことを特徴とするNPNトランジスタの製造
方法。 - 【請求項5】 前記注入の段階が入射角(1°〜10
°)の傾斜注入の第1の段階であることを特徴とする請
求項4に記載の製造方法。 - 【請求項6】 前記第1の段階より大きな入射角でP型
の前記第1の段階よりドーピングの量が多い状態の傾斜
注入の第2の段階を更に含むことを特徴とする請求項5
に記載の製造方法。 - 【請求項7】 前記エピタキシャル層(101)を更に
切り開く段階の後に、該エピタキシャル層の中に、この
エピタキシャル層の下に形成されたN+型の埋め込み層
の近くにN型のコレクタ領域を形成するためN型の不純
物を注入する段階を含むことを特徴とする請求項4から
6のいずれか1つに記載の製造方法。 - 【請求項8】 第1の材料(120)が窒化シリコンで
あることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。 - 【請求項9】 第2の材料(121)がポリシリコンで
あることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
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