JP3485089B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果型トラン
ジスタおよびバイポーラトランジスタを有する半導体装
置およびその製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】SOI構造のMOS電界効果トランジスタ
は、通常のMOS電界効果トランジスタに比べ、低消費
電力で、かつ高速で駆動させることができる。
【0003】図20は、SOI構造のMOS電界効果ト
ランジスタの一例の模式図である。シリコン基板200
0上には、シリコン酸化膜からなる埋め込み酸化膜11
00が形成されている。埋め込み酸化膜1100上に
は、ソース領域1200とドレイン領域1300とが形
成されている。埋め込み酸化膜1100上であって、か
つソース領域1200とドレイン領域1300との間に
は、ボディ領域1400が形成されている。ボディ領域
1400上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極15
00が形成されている。
【0004】ところで、このMOS電界効果トランジス
タのボディ領域1400は、フローティングの状態にあ
る。このため、インパクトイオン化現象により発生した
キャリアは、ボディ領域1400に蓄積されることにな
る。ボディ領域1400においてキャリアが蓄積される
と、ボディ領域1400の電位が変化する。いわゆる基
板浮遊効果とよばれる現象が生じる。基板浮遊効果が生
じることにより、MOS電界効果型トランジスタにおい
て、キンク現象や、ヒストリ効果が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
浮遊効果が抑えられた半導体装置およびその製造方法を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】(半導体装置) (a)本発明の第1の半導体装置は、絶縁層と、前記絶
縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層内に形成
された素子分離領域と、前記素子分離領域によって画定
された素子形成領域と、を含み前記素子形成領域の少な
くとも一つには、バイポーラトランジスタと電界効果型
トランジスタとをともに含み、さらに、少なくともソー
ス領域とドレイン領域との間において形成されたボディ
領域とを有し、前記ボディ領域と、前記ソース領域と
は、電気的に接続され、前記ボディ領域と、ベース領域
とは、電気的に接続され、前記ドレイン領域と、コレク
タ領域とは、電気的に接続され、前記ソース領域と、エ
ミッタ領域とは、構造的に分離して形成されている。
【0007】(b)本発明の第2の半導体装置は、絶縁
層と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導
体層内に形成された素子分離領域と、前記素子分離領域
によって画定された素子形成領域と、を含み前記素子形
成領域の少なくとも一つには、バイポーラトランジスタ
と電界効果型トランジスタとをともに含み、前記バイポ
ーラトランジスタは、第1導電型のエミッタ領域と、第
2導電型のベース領域と、第1導電型のコレクタ領域と
を含み、前記電界効果型トランジスタは、ゲート電極層
と、第1導電型のソース領域と、第1導電型のドレイン
領域とを含み、さらに、少なくとも前記ソース領域と前
記ドレイン領域との間において形成された、第1の第2
導電型ボディ領域とを有し、前記第1の第2導電型ボデ
ィ領域と、前記ソース領域とは、電気的に接続され、前
記第1の第2導電型ボディ領域と、前記ベース領域と
は、電気的に接続され、前記ドレイン領域と、前記コレ
クタ領域とは、電気的に接続され、前記ソース領域と、
前記エミッタ領域とは、構造的に分離して形成されてい
る。
【0008】本発明の半導体装置の半導体装置によれ
ば、基板浮遊効果が発生するのを抑えることができる。
すなわち、しきい値電圧が変化したり、キンクやヒスト
リ効果が発生するのを抑えることができる。
【0009】本発明の第1の半導体装置は、次の態様
(1)および(2)のうち、いずれかの態様をとること
ができる。
【0010】(1)さらに、前記ゲート電極層の側部に
連続し、前記素子分離領域に達する第1の電極層を有
し、前記ゲート電極層は、前記素子形成領域を跨ぐよう
にして形成され、前記電界効果型トランジスタ形成領域
における前記ゲート電極層と、前記第1の電極層と、前
記素子分離領域とで囲まれた第1の領域において、前記
ソース領域が形成され、前記ゲート電極層と、前記素子
分離領域とで囲まれた第2の領域において、前記ドレイ
ン領域および前記コレクタ領域が形成され、前記バイポ
ーラトランジスタ形成領域における前記ゲート電極層
と、前記第1の電極層と、前記素子分離領域とで囲まれ
た第3の領域において、前記エミッタ領域が形成され、
前記第1の第2導電型ボディ領域は、少なくとも、前記
電界効果型トランジスタ形成領域における前記ゲート電
極層の下方、および前記第1の電極層の一部の下方にお
いて形成されている態様。
【0011】(2)さらに、第1の層と第2の層とを有
し、前記第1の層は、一方の端部が前記ゲート電極層ま
たは前記第2の層に連続し、他方の端部が前記素子分離
領域に達し、前記第2の層は、一方の端部が前記ゲート
電極層または前記第1の層に連続し、他方の端部が前記
素子分離領域に達し、前記ゲート電極層と前記第1の層
と前記素子分離領域とで囲まれる第1の領域において、
前記ソース領域が形成され、前記ゲート電極層と前記第
2の層と前記素子分離領域とで囲まれる第2の領域にお
いて、前記ドレイン領域および前記コレクタ領域が形成
され、前記第1の層と前記第2の層と前記素子分離領域
とで囲まれる第3の領域において、前記エミッタ領域が
形成され、前記第1の層の一部の下、および、前記第2
の層の一部の下の半導体層において、前記ベース領域が
形成され、前記第1の第2導電型ボディ領域は、少なく
とも、前記ゲート電極層の下方および前記第1の層の一
部の下方において形成されている態様。
【0012】また、本発明の半導体装置は、次の態様
(3)〜(8)のうち、少なくともいずれかの態様をと
ることができる。
【0013】(3)さらに、第1導電型ボディ領域を有
し、前記第1導電型ボディ領域は、前記ベース領域と前
記コレクタ領域との間の半導体層において形成されてい
る態様。
【0014】(4)さらに、第2導電型の不純物拡散層
が形成され、前記第2導電型の不純物拡散層は、前記第
1の領域における半導体層であって、前記ソース領域と
前記第1の第2導電型ボディ領域との間の半導体層にお
いて形成され、前記ソース領域と、前記第1の第2導電
型ボディ領域とは、前記第2導電型の不純物拡散層を介
して、電気的に接続されている態様。
【0015】(5)前記第2導電型の不純物拡散層と前
記ソース領域とを電気的に接続させるためのコンタクト
層が形成され、前記コンタクト層は、前記第2導電型の
不純物拡散層と前記ソース領域とを跨ぐようにして形成
された態様。
【0016】(6)前記コレクタ領域と前記エミッタ領
域との間の半導体層であって、前記素子分離領域の近傍
の半導体層に、第2の第2導電型ボディ領域が形成され
ている態様。
【0017】(7)前記第1導電型は、n型であり、前
記第2導電型は、p型である態様、または、前記第1導
電型は、p型であり、前記第2導電型は、n型である態
様。
【0018】(8)前記半導体層は、シリコン層である
態様。
【0019】(c)本発明の第3の半導体装置は、絶縁
層と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導
体層内に形成された素子分離領域と、前記素子分離領域
によって画定された素子形成領域と、を含み前記素子形
成領域の少なくとも一つには、バイポーラトランジスタ
と電界効果型トランジスタとをともに含み、前記半導体
層の上に、ゲート電極層が形成され、前記ゲート電極層
は、前記素子形成領域を跨ぐようにして形成され、前記
半導体層の上に、第1の電極層が形成され、前記第1の
電極層は、一方の端部が前記ゲート電極層の側部に連続
し、他方の端部が前記素子分離領域に達し、前記電界効
果型トランジスタの形成領域における前記ゲート電極層
と、前記第1の電極層と、前記素子分離領域とで囲まれ
る第1の領域の少なくとも一部において、第1の第1導
電型不純物拡散層が形成され、前記ゲート電極層と、前
記素子分離領域と、で囲まれる第2の領域において、第
2の第1導電型不純物拡散層が形成され、前記バイポー
ラトランジスタの形成領域における前記ゲート電極層
と、前記第1の電極層と、前記素子分離領域とで画定さ
れる第3の領域において、第3の第1導電型不純物拡散
層が形成され、前記電界効果型トランジスタの形成領域
における前記ゲート電極層および前記第1の電極層の下
方において、第1の第2導電型ボディ領域が形成され、
前記バイポーラトランジスタの形成領域における前記ゲ
ート電極層および前記第1の電極層の下方であって、前
記第3の第1導電型不純物拡散層の周囲に沿って、第1
の第2導電型不純物拡散層が設けられ、前記第1の第2
導電型ボディ領域と、前記第1の第1導電型不純物拡散
層とは、電気的に接続され、前記第1の第2導電型ボデ
ィ領域と、前記第1の第2導電型不純物拡散層とは、電
気的に接続されている。
【0020】(半導体装置の製造方法) (a)本発明の第1の半導体装置の製造方法は、絶縁層
と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、を含む半導
体装置の製造方法であって、前記半導体層において素子
分離領域を形成し、素子形成領域を画定する工程
(A)、同一の素子形成領域内に、電界効果型トランジ
スタとバイポーラトランジスタとを形成する工程(B)
を含み、前記工程(B)は、(B−1)少なくとも、ゲ
ート電極層の一部の形成予定領域および第1の電極層の
形成予定領域における半導体層において、第1の第2導
電型ボディ領域を形成する工程、(B−2)前記半導体
層の上に、前記ゲート電極層および前記第1の電極層を
形成する工程であって、前記第1の電極層は、前記ゲー
ト電極層の側部に連続し、前記素子分離領域に達し、
(B−3)前記バイポーラトランジスタの形成領域にお
けるゲート電極層と、前記第1の電極層と、素子分離領
域とで囲まれる第3の領域の半導体層において、第2導
電型の不純物拡散層を形成する工程、(B−4)熱処理
をすることにより、前記第2導電型の不純物拡散層を熱
拡散して、前記第ゲート電極層の下、および前記第1の
電極層の下の半導体層において、前記バイポーラトラン
ジスタのベース領域を形成し、該ベース領域と前記第1
の第2導電型ボディ領域とを電気的に接続する工程、
(B−5)前記電界効果型トランジスタにおける前記ゲ
ート電極層と、前記第1の電極層と前記素子分離領域と
で囲まれた第1の領域の少なくとも一部に、前記電界効
果型トランジスタの、第1導電型のソース領域を形成す
る工程、(B−6)前記ゲート電極層と前記素子分離領
域とで囲まれた第2の領域の一部に、前記電界効果型ト
ランジスタの、第1導電型のドレイン領域を形成する工
程、(B−7)前記第2の領域の一部に、前記バイポー
ラトランジスタの、第1導電型のコレクタ領域を形成す
る工程、および(B−8)前記第3の領域において、前
記バイポーラトランジスタの、第1導電型のエミッタ領
域を形成する工程、および(B−9)前記第1の第2導
電型ボディ領域と前記ソース領域とを電気的に接続する
工程を含む。
【0021】(b)本発明の第2の半導体装置の製造方
法は、絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層
と、を含む半導体装置の製造方法であって、前記半導体
層において素子分離領域を形成し、素子形成領域を画定
する工程(C)、同一の素子形成領域内に、電界効果型
トランジスタとバイポーラトランジスタとを形成する工
程(D)を含み、前記工程(D)は、(D−1)少なく
とも、ゲート電極層の形成予定領域および第1の層の形
成予定領域における半導体層において、第1の第2導電
型ボディ領域を形成する工程、(D−2)前記半導体層
の上に、ゲート電極層を形成する工程、(D−3)前記
半導体層の上に、第1の層を形成する工程であって、前
記第1の層は、一方の端部が前記ゲート電極層または第
2の層に連続し、他方の端部が素子分離領域に達し、
(D−4)前記半導体層の上に、第2の層を形成する工
程であって、前記第2の層は、一方の端部が前記ゲート
電極層または第1の層に連続し、他方の端部が素子分離
領域に達し、(D−5)前記第1の層と、前記第2の層
と、前記素子分離領域とで囲まれた第3の領域の半導体
層において、第2導電型の不純物拡散層を形成する工
程、(D−6)熱処理をすることにより、前記第2導電
型の不純物拡散層を熱拡散して、前記第1の層の下、お
よび前記第2の層の下の半導体層において、前記バイポ
ーラトランジスタのベース領域を形成し、該ベース領域
と前記第1の第2導電型ボディ領域とを短絡させる工
程、(D−7)前記ゲート電極層と前記第1の層と前記
素子分離領域とで囲まれた第1の領域の少なくとも一部
に、前記電界効果型トランジスタの、第1導電型のソー
ス領域を形成する工程、(D−8)前記ゲート電極層と
前記第2の層と前記素子分離領域とで囲まれた第2の領
域の一部に、前記電界効果型トランジスタの、第1導電
型のドレイン領域を形成する工程、(D−9)前記ゲー
ト電極層と前記第2の層と前記素子分離領域とで囲まれ
た第2の領域の一部に、前記バイポーラトランジスタ
の、第1導電型のコレクタ領域を形成する工程、および
(D−10)前記第1の層と前記第2の層と前記素子分
離領域とで囲まれた第3の領域において、前記バイポー
ラトランジスタの、第1導電型のエミッタ領域を形成す
る工程、および(D−11)前記第1の第2導電型ボデ
ィ領域と前記ソース領域を電気的に接続する工程を含
む。
【0022】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
さらに、前記素子形成領域における前記第2の層の下の
半導体層であって、前記素子分離領域の近傍の半導体層
に、第2の第2導電型ボディ領域を形成する工程を含む
ことができる。
【0023】本発明の第1および第2の半導体装置の製
造方法は、次の態様をとることができる。
【0024】(1)前記第1導電型は、n型であり、前
記第2導電型は、p型である態様、または、前記第1導
電型は、p型であり、前記第2導電型は、n型である態
様。
【0025】(2)前記半導体層は、シリコン層である
態様。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。
【0027】[半導体装置] (デバイスの構造)以下、実施の形態に係る半導体装置
を説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置を模式
的に示す平面図である。図2は、ゲート電極層が形成さ
れている層およびその層より下における半導体装置の平
面を模式的に示す平面図である。図3は、半導体層が形
成されている層における半導体装置の平面を模式的に示
す平面図である。具体的には、不純物拡散層およびボデ
ィ領域の構成を示す。図3において、右下がりの細い斜
線領域はn型の領域を示し、左下がりの細い斜線領域は
p型の領域を示す。図4は、図1におけるA−A線に沿
った断面を模式的に示す断面図である。図4は、具体的
には電界効果型トランジスタの断面を模式的に示す断面
図である。図5は、図1におけるB−B線に沿った断面
を模式的に示す断面図である。図6は、図1におけるC
−C線に沿った断面を模式的に示す断面図である。図6
は、具体的にはバイポーラトランジスタの断面を模式的
に示す断面図である。図7は、本実施の形態の等価回路
を示す。図1〜図3において、太い斜線領域は、素子分
離領域を示す。
【0028】半導体装置1000は、図1および図4〜
図6に示すように、SOI基板10を有する。SOI基
板10は、絶縁層10bの上に、半導体層10aが形成
されてなる。半導体層10aにおいては、電界効果型ト
ランジスタ(MOSトランジスタ)100とバイポーラ
トランジスタ200とが形成されている。
【0029】半導体層10aの所定の領域において、素
子分離領域14が形成されている。素子分離領域14に
よって、素子形成領域16が画定されている。電界効果
型トランジスタ100およびバイポーラトランジスタ2
00は、同一の素子形成領域16内において形成されて
いる。電界効果型トランジスタ100はn型であり、バ
イポーラトランジスタ200はnpn型である。
【0030】電界効果型トランジスタ100は、図4に
示すように、ゲート電極層110と、n型ソース領域1
20と、n型ドレイン領域130とを有する。バイポー
ラトランジスタ200は、図6に示すように、n型エミ
ッタ領域210と、p型ベース領域220と、n型ボデ
ィ領域52aと、n型コレクタ領域230とを有する。
以下、具体的に、電界効果型トランジスタ100および
バイポーラトランジスタ200の構成を説明する。
【0031】まず、図2を参照して、ゲート電極層11
0が形成された層を説明する。ゲート電極層110は、
ゲート絶縁層(図2において図示せず)140を介し
て、素子形成領域16を跨ぐように形成されている。具
体的には、ゲート電極層110は、素子分離領域14か
ら素子形成領域16を経由し、再び素子分離領域14に
まで延在している。ゲート電極層110の側部には、第
1の電極層60が形成されている。第1の電極層60
は、ゲート電極層110と接続されている。第1の電極
層60は、素子形成領域16の所定領域の上に形成さ
れ、素子分離領域14まで延在している。第1の電極層
60とゲート電極層110とは、一体的に形成されてい
る。
【0032】次に、図2および図3を参照して、半導体
層10aが形成されている層を説明する。ゲート電極層
110と、第1の電極層60と、素子分離領域14とで
囲まれた領域のうち、電界効果型トランジスタ100が
形成された側の領域を第1の領域A10とし、バイポー
ラトランジスタ200が形成された側の領域を第3の領
域A30とする。第1の領域A10の一部の半導体層1
0aには、n型ソース領域120が形成されている。n
型ソース領域120は、n型不純物拡散層からなる。
【0033】ゲート電極層110と素子分離領域14と
で囲まれる領域を、第2の領域A20とする。第2の領
域A20の一部の半導体層10aにおいて、n型ドレイ
ン領域130が形成されている。また、第2の領域A2
0の一部において、n型コレクタ領域230が形成され
ている。n型ドレイン領域130とn型コレクタ領域2
30とは、相互に電気的に接続されて構成されている。
具体的には、n型ドレイン領域130およびn型コレク
タ領域230は、それぞれn型不純物拡散層から構成さ
れ、これらのn型不純物拡散層は、相互に連続して一体
的に形成されている。
【0034】第3の領域A30において、n型エミッタ
領域210が形成されている。n型エミッタ領域210
は、n型不純物拡散層から構成されている。n型エミッ
タ領域210は、n型ソース領域120と離間して形成
されている。すなわち、n型エミッタ領域210は、n
型ソース領域120と構造的に分離されている。
【0035】素子形成領域16において、第3の領域A
30に隣接している、ゲート電極層110および第1の
電極層60の下方には、ベース領域220が形成されて
いる。ベース領域220は、p型不純物拡散層から構成
されている。ベース領域220は、n型エミッタ領域2
10の周囲に沿って形成されている。
【0036】素子形成領域16において、ゲート電極層
110の下における半導体層10aと、第1の電極層6
0の一部の下の半導体層10aとにおいて、第1のp型
ボディ領域50aが形成されている。第1のp型ボディ
領域50aは、第1の電極層60の下において、p型ベ
ース領域220と接合されている。
【0037】素子形成領域16において、バイポーラト
ランジスタ200の形成領域におけるゲート電極層11
0の下の半導体層10aであって、素子分離領域14の
近傍における半導体層10aにおいて、第2のp型ボデ
ィ領域50bが形成されている。
【0038】第1の領域A10であって、n型ソース領
域120以外の領域において、p型不純物拡散層40が
形成されている。具体的には、p型不純物拡散層40
は、第1の電極層60の下方における第1のp型ボディ
領域50aと、n型ソース領域120との間において、
形成されている。
【0039】素子形成領域16における、バイポーラト
ランジスタ200の形成領域におけるゲート電極層11
0の一部の下の半導体層10aにおいて、n型ボディ領
域52aが形成されている。n型ボディ領域52aは、
p型ベース領域220とn型コレクタ領域230との間
において形成されている。
【0040】次に、半導体層10a上について、図1お
よび図4〜図6を参照して説明する。半導体層10aの
上には、層間絶縁層80が形成されている。層間絶縁層
80の所定の領域には、第1〜第4のスルーホール8
2,84,86,88が形成されている。第1のスルー
ホール82は、第1の領域A10において形成され、か
つ、n型ソース領域120とp型不純物拡散層40とを
跨ぐようにして形成されている。第2のスルーホール8
4は、第2の領域A20において形成されている。第3
のスルーホール86は、第3の領域A30において形成
されている。第4のスルーホール88は、ゲート電極層
110を取り出すために形成されている。
【0041】第1のスルーホール82内には、第1のコ
ンタクト層82aが形成されている。第1のコンタクト
層82aは、n型ソース領域120とp型不純物拡散層
40とを短絡させる機能を有する。これにより、第1の
p型ボディ領域50aとn型ソース領域120とは、p
型不純物拡散層40を介して電気的に接続される。第2
〜第4のスルーホール84,86,88内には、それぞ
れ第2〜4のコンタクト層84a,86a,88aが形
成されている。
【0042】層間絶縁層80の上において、第2のコン
タクト層84aと電気的に接続された第1の配線層90
が形成されている。また、層間絶縁層80の上におい
て、第3のコンタクト層86aと電気的に接続された第
2の配線層92が形成されている。第2の配線層92
は、たとえばグラウンドに接続される。また、層間絶縁
層80の上において、第4のコンタクト層86aと電気
的に接続された第3の配線層94が形成されている。
【0043】[半導体装置の製造方法] (プロセス)以下、実施の形態に係る半導体装置の製造
方法を説明する。図8〜図13は、実施の形態に係る半
導体装置の製造工程を模式的に示す平面図である。図9
〜図13において、左下がりの細い斜線領域はp型領域
を示し、右下がりの細い斜線領域はn型領域を示す。
【0044】まず、図8に示すように、SOI基板10
における半導体層10aにおいて、素子分離領域14を
形成する。素子分離領域14が形成されることにより、
素子形成領域16が規定される。素子分離領域14の形
成方法としては、LOCOS法、トレンチ分離方法を挙
げることができる。
【0045】次に、図9に示すように、素子形成領域1
6における半導体層10a内に、第1のp型ボディ領域
50aおよびn型ボディ領域52aを形成する。第1の
p型ボディ領域50aは、少なくとも、電界効果型トラ
ンジスタ形成予定領域におけるゲート電極層110の形
成予定領域および第1の電極層60の形成予定領域60
Aにおいて形成される。素子分離領域14がLOCOS
法により形成される場合には、バイポーラトランジスタ
形成予定領域におけるゲート電極層110の形成予定領
域における半導体層10aであって、素子分離領域14
の近傍の半導体層10aにおいて、第2のp型ボディ領
域50bが形成されることが好ましい。
【0046】第1および第2のp型ボディ領域50a,
50bおよびn型ボディ領域52aは、たとえば次のよ
うにして形成することができる。リソグラフィ技術を利
用して、所定領域にp型の不純物をイオン注入すること
により第1および第2のp型ボディ領域50a,50b
を形成した後、リソグラフィ技術を利用して所定領域に
n型の不純物をイオン注入することによりn型ボディ領
域52aを形成する。また、この方法に他に、p型の不
純物を素子形成領域16全体にイオン注入した後、リソ
グラフィ技術を利用して、所定領域にn型の不純物をイ
オン注入してもよい。
【0047】次に、CVD法などにより、全面にポリシ
リコン層(図示せず)を堆積する。この後、リソグラフ
ィおよびエッチング技術により、ポリシリコン層をパタ
ーニングし、図10に示すように、ゲート電極層110
および第1の電極層60を形成する。
【0048】次に、図11に示すように、リソグラフィ
技術を利用して、第3の領域A30内に、選択的にp型
の不純物をイオン注入し、p型不純物拡散層222を形
成する。
【0049】次に、図12に示すように、基板10を熱
処理することにより、p型不純物拡散層222を熱拡散
する。こうして、第1の電極層60の一部の下およびバ
イポーラトランジスタ形成予定領域におけるゲート電極
層110の一部の下において、p型ベース領域220が
形成される。具体的には、熱処理温度が1100℃の場
合には熱処理時間はたとえば10分であり、熱処理温度
が1050℃の場合には熱処理時間はたとえば30分で
ある。
【0050】次に、図13に示すように、リソグラフィ
技術を利用して、素子形成領域16の所定領域内に、選
択的にn型の不純物をイオン注入する。こうして、第1
の領域A10において、n型ソース領域120が形成さ
れ、第2の領域A20においてn型ドレイン領域130
およびn型コレクタ領域230が形成され、第3の領域
A30においてn型エミッタ領域210が形成される。
【0051】次に、第1の領域A10内の所定領域に、
p型の不純物をイオン注入して、p型不純物拡散層40
を形成する。このp型の不純物のイオン注入工程は、半
導体装置1000がp型電界効果型トランジスタを有す
る場合には、そのp型のソース/ドレイン領域を形成す
る工程と同一の工程で行うことができる。
【0052】次に、図1および図4〜図6に示すよう
に、基板10の上に、公知の方法により、酸化シリコン
からなる層間絶縁層80を形成する。次に、層間絶縁層
80内の所定領域において、第1〜第4のスルーホール
82,84,86,88を形成する。次に、第1〜第4
のスルーホール82,84,86,88内に、導電層が
充填され、第1〜第4のコンタクト層82a,84a,
86a,88aが形成される。次に、層間絶縁層80の
上に、所定のパターンを有する第1〜第3の配線層9
0,92,94を形成する。こうして、本実施の形態に
係る半導体装置1000が形成される。
【0053】(作用効果)以下、実施の形態に係る半導
体装置の製造方法における作用効果を説明する。
【0054】(1)本実施の形態においては、第3の領
域A30においてp型不純物拡散層222を形成し、そ
のp型不純物拡散層222を熱処理することにより、p
型不純物を熱拡散してp型ベース領域220を形成して
いる。これにより、第1の電極層60の下において、p
型ベース領域220と、第1のp型ボディ領域50aと
が電気的に接続される。したがって、本実施の形態の製
造方法によれば、p型ベース領域220を引き出すため
のコンタクト層を形成することなく、p型ベース領域2
20と、第1のp型ボディ領域50aとを電気的に接続
することができる。
【0055】また、本実施の形態においては、第1の電
極層60およびゲート電極層110をマスクとして、第
3の領域A30内にn型の不純物をイオン注入して、n
型エミッタ領域210を形成することができる。したが
って、本実施の形態によれば、p型ベース領域220に
対して、n型エミッタ領域210を自己整合的に形成す
ることができる。
【0056】(2)素子分離領域14がLOCOS法に
より形成された場合には、バイポーラトランジスタ20
0におけるゲート電極層110の下の半導体層10aで
あって、素子分離領域14の近傍の半導体層10aにお
いて、第2のp型ボディ領域50bを形成することが好
ましい。この理由を次に述べる。
【0057】バイポーラトランジスタ200におけるゲ
ート電極層110の下の半導体層10aであって、素子
分離領域14の近傍の半導体層10aにおいて、n型の
ボディ領域を形成した場合には、次のような不具合が生
じる。p型ベース領域220は、第3の領域A30にお
けるp型不純物拡散層222を熱拡散させることにより
形成される。しかし、図15に示すように、素子分離領
域14と絶縁層10bとで構成する隅部まで、p型の不
純物が熱拡散し難いため、その隅部においてn型のボデ
ィ領域300が残存してしまう場合がある。n型のボデ
ィ領域300が残存すると、そのn型のボディ領域30
0を介して、n型エミッタ領域210とn型コレクタ領
域230とが短絡することとなる。
【0058】そこで、バイポーラトランジスタ100に
おけるゲート電極層110の下の半導体層10aであっ
て、素子分離領域14の近傍の半導体層10aにおい
て、第2のp型ボディ領域50aを形成することによ
り、確実に、n型エミッタ領域210とn型コレクタ領
域230とが短絡するのを防止することができる。
【0059】[実験例]以下、実験例について説明す
る。
【0060】(キンクについて)実施例に係る半導体装
置と、比較例に係る半導体装置とで、キンクに関してど
のような差が生じるか調べた。図16は、実施例に係る
ソース領域に対してドレイン領域に印加した電圧(VD
S)と、ドレイン電流(ID)との関係を示すグラフで
ある。図17は、比較例に係る、ソース領域に対してド
レイン領域に印加した電圧(VDS)と、ドレイン電流
(ID)との関係を示すグラフである。なお、VGは、
ゲート電圧を意味する。
【0061】なお、実施例は、実施の形態で示した構成
とした。具体的には、実施例は、n型のMOSトランジ
スタおよびnpn型のバイポーラトランジスタからな
り、素子形成領域におけるゲート電極層の幅を0.8μ
mとし、MOSトランジスタ形成領域におけるゲート電
極層の長さを4μmとし、バイポーラトランジスタ形成
領域におけるゲート電極層の幅を0.8μmとし、バイ
ポーラトランジスタ形成領域におけるゲート電極層の長
さを4μmとした。比較例の構成は、単なるn型のMO
Sトランジスタとした。比較例において、ゲート幅を
0.8μmとし、ゲート長を8μmとした。実施例に係
るスイッチング素子と、比較例に係る電界効果型トラン
ジスタとは、同一のウエハ上に形成され、同一のプロセ
ス条件で形成された。
【0062】比較例においては、図17に示すように、
キンク(kink)が発生していることがわかる。しかし、
実施例においては、図16に示すように、キンクが発生
していないことがわかる。以上から、実施例によれば、
キンクの発生を防止することができることがわかる。
【0063】(ヒストリ効果について)実施例に係る半
導体装置と、比較例に係る半導体装置とで、ヒストリ効
果に関してどのような差が生じるか調べた。図18およ
び図19は、ゲート電圧(VG)と、ドレイン電流(I
D)との関係を示すグラフである。図18は、ソース領
域に対してドレイン領域に印加した電圧が1Vの場合に
おけるデータである。図19は、ソース領域に対してド
レイン領域に印加した電圧が0.1Vの場合におけるデ
ータである。図18および図19において、細線は実施
例を示し、太線は比較例を示す。
【0064】なお、図18および図19において、グラ
フA1は実施例のデータであり、グラフB1は比較例の
データである。また、実施例に係る半導体装置および比
較例に係る半導体装置の条件は、キンクの項で説明した
ものと同様である。
【0065】まず、図18の実験データについて検討す
る。比較例においては、ヒストリ効果が顕著に現れてい
る。一方、実施例においては、ゲート電圧が約0.25
V以下においてヒストリ効果がわずかにみられるもの
の、比較例に比べて格段にヒストリ効果が抑えられてい
ることがわかる。
【0066】次に、図19の実験データについて検討す
る。比較例においては、ゲート電圧が約0.8V以下で
ヒストリ効果がみられる。一方、実施例においては、ゲ
ート電圧が0.15V以下でヒストリ効果がみられる。
つまり、実施例によれば、ヒストリ効果が発生しないゲ
ート電圧の範囲が、比較例に比べて広い。
【0067】[変形例]上記の実施の形態は、本発明の
範囲内で種々の変更が可能である。たとえば、次の変更
が可能である。
【0068】(1)上記の実施の形態においては、電界
効果型トランジスタはn型であり、バイポーラトランジ
スタはnpn型である。しかし、電界効果型トランジス
タをp型とし、バイポーラトランジスタをpnp型とし
てもよい。
【0069】(2)上記の実施の形態においては、ゲー
ト電極層110は、素子形成領域16を跨ぐようにして
設けられている。そして、ゲート電極層110の側部か
ら素子分離領域16に達する第1の電極層60が形成さ
れている。しかし、これに限定されず、図21に示すよ
うに、ゲート電極層110と第1の層70と第2の層7
2とで、第1の領域A10、第2の領域A20および第
3の領域A30を構成してもよい。第1の層70および
第2の層72の材質は、特に限定されず、たとえば絶縁
性の材質(酸化シリコン、窒化シリコン)を挙げること
ができる。
【0070】この変形例において、ゲート電極層11
0、第1の層70および第2の層72の接続関係は、た
とえば次の関係がある。a)第1の層70の端部がゲー
ト電極層110に連続し、第2の層72の端部もゲート
電極層110に連続している態様。b)第1の層70の
端部がゲート電極層110に連続し、第2の層72の端
部が第1の層70の端部に連続している態様。c)第2
の層72の端部がゲート電極層110に連続し、第1の
層70の端部が第2の層72に連続している態様。
【0071】本発明は、上記の実施の形態に限定され
ず、本発明の要旨を超えない範囲で種々の変更が可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体装置を模式的に示す平面図である。
【図2】ゲート電極が形成されている層およびその層よ
り下における半導体装置の平面を模式的に示す平面図で
ある。
【図3】半導体層が形成されている層における半導体装
置の平面を模式的に示す平面図である。
【図4】図1におけるA−A線に沿った断面を模式的に
示す断面図である。
【図5】図1におけるB−B線に沿った断面を模式的に
示す断面図である。
【図6】図1におけるC−C線に沿った断面を模式的に
示す断面図である。
【図7】スイッチング素子の等価回路を示す。
【図8】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模式
的に示す断面図である。
【図9】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模式
的に示す断面図である。
【図10】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模
式的に示す断面図である。
【図11】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模
式的に示す断面図である。
【図12】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模
式的に示す断面図である。
【図13】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模
式的に示す断面図である。
【図14】BICMOSのインバータ回路の等価回路を
示す。
【図15】作用効果を説明するための断面模式図であ
る。
【図16】実施例に係るソース領域に対してドレイン領
域に印加した電圧(VDS)と、ドレイン電流(ID)
との関係を示すグラフである。
【図17】比較例に係る、ソース領域に対してドレイン
領域に印加した電圧(VDS)と、ドレイン電流(I
D)との関係を示すグラフである。
【図18】ゲート電圧(VG)と、ドレイン電流(I
D)との関係を示すグラフである。ソース領域に対して
ドレイン領域に印加した電圧が1Vの場合におけるデー
タである。
【図19】ゲート電圧(VG)と、ドレイン電流(I
D)との関係を示すグラフである。ソース領域に対して
ドレイン領域に印加した電圧が0.1Vの場合における
データである。
【図20】従来例に係るSOI基板の上に形成されたM
OSトランジスタを模式的に示す断面図である。
【図21】ゲート電極層が形成されている層における半
導体装置の変形例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
10 SOI基板 10a SOI層 14 素子分離領域 16 素子形成領域 40 p型不純物拡散層 50a 第1のp型ボディ領域 50b 第2のp型ボディ領域 52a n型ボディ領域 60 第1の電極層 60a 第1の電極層の形成予定領域 80 層間絶縁層 82 第1のスルーホール 82a 第1のコンタクト層 84 第2のスルーホール 84a 第2のコンタクト層 86 第3のスルーホール 86a 第3のコンタクト層 88 第4のスルーホール 88a 第4のコンタクト層 90 第1の配線層 92 第2の配線層 94 第3の配線層 100 n型の電界効果型トランジスタ 110 ゲート電極層 110a ゲート電極層の形成予定領域 120 n型ソース領域 130 n型ドレイン領域 140 ゲート絶縁層 200 npn型のバイポーラトランジスタ 210 n型エミッタ領域 220 p型ベース領域 222 p型不純物拡散層 230 n型コレクタ領域 A10 第1の領域 A20 第2の領域 A30 第3の領域 1000 半導体装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/73 H01L 29/78 613Z 29/786 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/06 H01L 21/8249

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁層と、 前記絶縁層上に形成された半導体層と、 前記半導体層内に形成された素子分離領域と、 前記素子分離領域によって画定された素子形成領域と、
    を含み 前記素子形成領域の少なくとも一つには、バイポーラト
    ランジスタと電界効果型トランジスタとをともに含み、 前記バイポーラトランジスタは、第1導電型のエミッタ
    領域と、第2導電型のベース領域と、第1導電型のコレ
    クタ領域とを含み、 前記電界効果型トランジスタは、ゲート電極層と、第1
    導電型のソース領域と、第1導電型のドレイン領域とを
    含み、 さらに、少なくとも前記ソース領域と前記ドレイン領域
    との間において形成された、第1の第2導電型ボディ領
    域とを有し、 前記第1の第2導電型ボディ領域と、前記ソース領域と
    は、電気的に接続され、 前記第1の第2導電型ボディ領域と、前記ベース領域と
    は、電気的に接続され、 前記ドレイン領域と、前記コレクタ領域とは、電気的に
    接続され、 前記ソース領域と、前記エミッタ領域とは、構造的に分
    離して形成され さらに、前記ゲート電極層の側部に連続し、前記素子分
    離領域に達する第1の電極層を有し、 前記ゲート電極層は、前記素子形成領域を跨ぐようにし
    て形成され、 前記電界効果型トランジスタの形成領域における前記ゲ
    ート電極層と、前記第1の電極層と、前記素子分離領域
    とで囲まれた第1の領域において、前記ソース領域が形
    成され、 前記ゲート電極層と、前記素子分離領域とで囲まれた第
    2の領域において、前記ドレイン領域および前記コレク
    タ領域が形成され、 前記バイポーラトランジスタの形成領域における前記ゲ
    ート電極層と、前記第1の電極層と、前記素子分離領域
    とで囲まれた第3の領域において、前記エミッ タ領域が
    形成され、 前記第1の第2導電型ボディ領域は、少なくとも、前記
    電界効果型トランジスタの形成領域における前記ゲート
    電極層の下方、および前記第1の電極層の一部の下方に
    おいて形成されている、半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 さらに、第1導電型ボディ領域を有し、 前記第1導電型ボディ領域は、前記ベース領域と前記コ
    レクタ領域との間の半導体層において形成されている、
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1および2のいずれかにおいて、 さらに、第2導電型の不純物拡散層が形成され、 前記第2導電型の不純物拡散層は、前記第1の領域にお
    ける半導体層であって、前記ソース領域と前記第1の第
    2導電型ボディ領域との間の半導体層において形成さ
    れ、 前記ソース領域と、前記第1の第2導電型ボディ領域と
    は、前記第2導電型の不純物拡散層を介して、電気的に
    接続されている、半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項のいずれかにおいて、 前記第2導電型の不純物拡散層と前記ソース領域とを電
    気的に接続させるためのコンタクト層が形成され、 前記コンタクト層は、前記第2導電型の不純物拡散層と
    前記ソース領域とを跨ぐようにして形成された、半導体
    装置。
  5. 【請求項5】 請求項のいずれかにおいて、 前記コレクタ領域と前記エミッタ領域との間の半導体層
    であって、前記素子分離領域の近傍の半導体層に、第2
    の第2導電型ボディ領域が形成されている、半導体装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項のいずれかにおいて、 前記第1導電型は、n型であり、 前記第2導電型は、p型である、半導体装置。
  7. 【請求項7】 請求項のいずれかにおいて、 前記第1導電型は、p型であり、 前記第2導電型は、n型である、半導体装置。
  8. 【請求項8】 請求項のいずれかにおいて、 前記半導体層は、シリコン層である、半導体装置。
  9. 【請求項9】 絶縁層と、 前記絶縁層上に形成された半導体層と、 前記半導体層内に形成された素子分離領域と、 前記素子分離領域によって画定された素子形成領域と、
    を含み 前記素子形成領域の少なくとも一つには、バイポーラト
    ランジスタと電界効果型トランジスタとをともに含み、 前記半導体層の上に、ゲート電極層が形成され、 前記ゲート電極層は、前記素子形成領域を跨ぐようにし
    て形成され、 前記半導体層の上に、第1の電極層が形成され、 前記第1の電極層は、一方の端部が前記ゲート電極層の
    側部に連続し、他方の端部が前記素子分離領域に達し、 前記電界効果型トランジスタの形成領域における前記ゲ
    ート電極層と、前記第1の電極層と、前記素子分離領域
    とで囲まれる第1の領域の少なくとも一部において、第
    1の第1導電型不純物拡散層が形成され、 前記ゲート電極層と、前記素子分離領域と、で囲まれる
    第2の領域において、第2の第1導電型不純物拡散層が
    形成され、 前記バイポーラトランジスタの形成領域における前記ゲ
    ート電極層と、前記第1の電極層と、前記素子分離領域
    とで画定される第3の領域において、第3の第1導電型
    不純物拡散層が形成され、 前記電界効果型トランジスタの形成領域における前記ゲ
    ート電極層および前記第1の電極層の下方において、第
    1の第2導電型ボディ領域が形成され、 前記バイポーラトランジスタの形成領域における前記ゲ
    ート電極層および前記第1の電極層の下方であって、前
    記第3の第1導電型不純物拡散層の周囲に沿って、第1
    の第2導電型不純物拡散層が設けられ、 前記第1の第2導電型ボディ領域と、前記第1の第1導
    電型不純物拡散層とは、電気的に接続され、 前記第1の第2導電型ボディ領域と、前記第1の第2導
    電型不純物拡散層とは、電気的に接続されている、半導
    体装置。
  10. 【請求項10】 請求項9において、 さらに、第1導電型ボディ領域を有し、 前記第1導電型ボディ領域は、前記第1の第2導電型不
    純物拡散層と前記第2の第1導電型不純物拡散層との間
    の半導体層において形成されている、半導体装置。
  11. 【請求項11】 請求項9および10のいずれかにおい
    て、 さらに、第2導電型の不純物拡散層が形成され、 前記第2導電型の不純物拡散層は、前記第1の領域にお
    ける半導体層であって、前記第1の第1導電型不純物拡
    散層と前記第1の第2導電型ボディ領域との間の半導体
    層において形成され、 前記第1の第1導電型不純物拡散層と、前記第1の第2
    導電型ボディ領域とは、前記第2導電型の不純物拡散層
    を介して、電気的に接続されている、半導体装置。
  12. 【請求項12】 請求項9〜11のいずれかにおいて、 前記第2導電型の不純物拡散層と前記第1の第1導電型
    不純物拡散層とを電気的に接続させるためのコンタクト
    層が形成され、 前記コンタクト層は、前記第2導電型の不純物拡散層と
    前記第1の第1導電型不純物拡散層とを跨ぐようにして
    形成された、半導体装置。
  13. 【請求項13】 請求項9〜12のいずれかにおいて、 前記第2の第1導電型不純物拡散層と前記第3の第1導
    電型不純物拡散層との間の半導体層であって、前記素子
    分離領域の近傍の半導体層に、第2の第2導電型ボディ
    領域が形成されている、半導体装置。
  14. 【請求項14】 絶縁層と、該絶縁層上に形成された半
    導体層と、を含む半導体装置の製造方法であって、 前記半導体層において素子分離領域を形成し、素子形成
    領域を画定する工程(A)、 同一の素子形成領域内に、電界効果型トランジスタとバ
    イポーラトランジスタとを形成する工程(B)を含み、 前記工程(B)は、 (B−1)少なくとも、ゲート電極層の一部の形成予定
    領域および第1の電極層の形成予定領域における半導体
    層において、第1の第2導電型ボディ領域を形成する工
    程、 (B−2)前記半導体層の上に、前記ゲート電極層およ
    び前記第1の電極層を形成する工程であって、 前記第1の電極層は、前記ゲート電極層の側部に連続
    し、前記素子分離領域に達し、 (B−3)前記バイポーラトランジスタの形成領域にお
    けるゲート電極層と、前記第1の電極層と、素子分離領
    域とで囲まれる第3の領域の半導体層において、第2導
    電型の不純物拡散層を形成する工程、 (B−4)熱処理をすることにより、前記第2導電型の
    不純物拡散層を熱拡散して、前記ゲート電極層の下、お
    よび前記第1の電極層の下の半導体層において、前記バ
    イポーラトランジスタの第1の第2導電型不純物拡散層
    を形成し、該第1の第2導電型不純物拡散層と前記第1
    の第2導電型ボディ領域とを電気的に接続する工程、 (B−5)前記電界効果型トランジスタにおける前記ゲ
    ート電極層と、前記第1の電極層と前記素子分離領域と
    で囲まれた第1の領域の少なくとも一部に、前記電界効
    果型トランジスタの、第1導電型のソース領域を形成す
    る工程、 (B−6)前記ゲート電極層と前記素子分離領域とで囲
    まれた第2の領域の一部に、前記電界効果型トランジス
    タの、第1導電型のドレイン領域を形成する工程、 (B−7)前記第2の領域の一部に、前記バイポーラト
    ランジスタの、第1導電型の第2の第1導電型不純物拡
    散層を形成する工程、および (B−8)前記第3の領域において、前記バイポーラト
    ランジスタの、第1導電型の第3の第1導電型不純物拡
    散層を形成する工程、および (B−9)前記第1の第2導電型ボディ領域と前記ソー
    ス領域とを電気的に接続する工程を含む、半導体装置の
    製造方法。
  15. 【請求項15】 請求項14において、 さらに、前記第2の第1導電型不純物拡散層と前記第3
    の第1導電型不純物拡散層との間の半導体層であって、
    前記素子分離領域の近傍の半導体層に、第2の第2導電
    型ボディ領域を形成する工程を含む、半導体装置の製造
    方法。
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