JPH0128508B2 - - Google Patents

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JPH0128508B2
JPH0128508B2 JP56129404A JP12940481A JPH0128508B2 JP H0128508 B2 JPH0128508 B2 JP H0128508B2 JP 56129404 A JP56129404 A JP 56129404A JP 12940481 A JP12940481 A JP 12940481A JP H0128508 B2 JPH0128508 B2 JP H0128508B2
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
conductivity type
forming
region
layer
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JP56129404A
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JPS5832455A (ja
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Akira Kawakatsu
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バイポーラ型の半導体集積回路装
置の製造方法に関する。
バイポーラ型半導体集積回路の製造において、
素子面積を縮小させることは、集積密度の向上の
みならず、寄生容量の低減化により低消費電力化
および高速動作を可能にする。
上記目的のため、通常電極金属の微細加工限度
とマスク合せ余裕とによつて規定されるトランジ
スタのベース面積を多結晶シリコンを用いて電極
を取り出すことによつてさらに著しく縮小させる
技術が近年相次いで提案されており、その一例を
第1図に示す。
第1図は前述のように、多結晶シリコンを使用
した自己整合技術によつて電極を取り出し、さら
に多結晶シリコンを抵抗として使用して寄生容量
を低減させているものであり、その製造工程を以
下順を追つて説明する。
まず、公知の技術によつて、P-型基板にN+
込拡散を施し、N-型エピタキシヤル層育成、酸
化膜分離工程を経て、コレクタ抵抗低減用のN+
デイープコレクタ領域を、上記N+埋込層に倒達
するまで拡散した後の状態を第1図Aに示す。
すなわち、第1図Aにおいて、1はP-型シリ
コン基板、2はN+型埋込拡散層、3はコレクタ
となるN-型エピタキシヤル層、4は素子分離シ
リコン酸化膜、5はN+デイープコレクタ領域で
ある。
次に、第1図Bに示すように、コレクタ層3の
表面にイオン注入などの方法により、選択的にP
型不純物、たとえば、硼素を導入し、メインベー
ス層6を形成する。
続いて、メインベース層6、デイープコレクタ
5の表面を露出し、第1図Cに示すように、全面
に多結晶シリコン層7を育成し、さらに、その多
結晶シリコン7上の所定部分、すなわち、サイド
ベースおよびベース電極引出し部、エミツタ・コ
レクタ電極ならびに抵抗などの形成予定領域に選
択酸化のためのマスク層81,82,83,84を形
成する。このマスク層81,82,83,84は薄い
シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層した2
層膜よりなる。
次に、選択酸化処理により、第1図Dのよう
に、マスク層81,82,83,84直下の多結晶シ
リコン層7をそれぞれ71,72,73,74として
残し、表面にマスク層を有しない多結晶シリコン
をシリコン酸化膜9に変える。
続いて、サイドベースおよびベース電極引出し
部ならびに抵抗を形成する部分のマスク層81
2をそれぞれ除去し、その部分の多結晶シリコ
ン層71,72にイオン注入などによつて高濃度の
P型不純物、たとえば、硼素を導入し、熱酸化処
理を施す。このとき、第1図Eに示すように、多
結晶シリコン71中のP型不純物の一部がメイン
ベース6中に拡散し、サイドベース10となる。
引き続き、残つたマスク層82,83を除去し、
この部分の多結晶シリコン層72,73に高濃度の
N型不純物、たとえば、砒素を導入し、熱酸化処
理を施し、メインベース6中にエミツタ11を形
成する(第1図F)。同時に、サイドベース10
はさらに深く拡散される。
その後、第1図Gのように、コンタクトホール
を開窓し、金属配線121,122,123,12
,125を施して、半導体集積回路装置が完成す
る。コンタクトホールは周囲の厚いシリコン酸化
膜9により、自己整合的に開窓され、また、ベー
ス電極は多結晶シリコン71によつて素子領域の
外部に引き出され、その上に金属配線121が接
続される。
なお、エミツタ11の紙面に垂直方向の両端は
分離酸化膜4に接触したいわゆるウオールドエミ
ツタ構造を成している。
上記の製造方法は耐圧の高いウオールドエミツ
タ構造トランジスタを容易に形成することと、多
結晶シリコンによるベース電極引出しにより、素
子面積を著しく縮小することを可能にした秀れた
方法であるが、以下に列挙するごとき短所を合わ
せもつている。
(1) メインベースの形成(第1図B)からエミツ
タ形成(第1図F)までの間の熱処理が多いた
め、メインベースが深くなる。
(2) エミツタ上のマスク層82の除去において、
十分にオーバエツチできないため、多結晶シリ
コン72とマスク層82の間にくさび状に張り出
したシリコン酸化膜(いわゆるバーズビーク:
bird’s beak)が残り、多結晶シリコン72
の中に十分なN型不純物を供給することが困難
である。
(3) 多結晶シリコン中の不純物拡散係数は単結晶
シリコン中に比べて著しく速いため、エミツタ
上の多結晶シリコン72中に導入されたN型不
純物は多結晶シリコン72中に一様になつた後、
メインベース6に拡散し、エミツタ11を形成
するが、多結晶シリコン72の膜厚が厚いため、
高いエミツタ表面濃度が得られない。
(4) 高不純物濃度での多結晶シリコンの層抵抗は
膜厚に強く依存し、膜厚が薄いほど高くなる。
したがつて、2度の酸化処理によつて膜厚が減
少したベース電極引出し用多結晶シリコン71
の低抵抗化が困難である。
(5) 同様に、抵抗用多結晶シリコン74の膜厚変
化量が大きいため、抵抗値の再現性が乏しい。
以上のうち、(1),(2),(3)項により、トランジス
タのベース幅が広くなり、エミツタ濃度が低いた
め、注入効率も低く、高いエミツタ接地電流増幅
率hfeを得ることが困難であり、ひいては、遮断
周波数Tも高くできない。
また(4)項によつて、ベース直列抵抗rbが高くな
り、以上の2点はともにトランジスタの高周波特
性を悪化させるものである。
すなわち、素子の微細化と多結晶シリコン抵抗
の採用により、寄生容量を低減し、低消費電力領
域(低電流領域)での遅延時間消費電力損は改善
されるが、さらに電流を増しても、遅延時間は通
常の多結晶シリコンを用いない構造のものほど減
少せず、また上記(5)項の理由によつて、集積回路
装置の特性が処理条件の変動に敏感に依存し、安
定な性能を得ることが困難であると云う欠点を有
していた。
さらに、(1)項の改善には、低温処理が必要であ
るが、多結晶シリコン71,74へのP型不純物
(硼素)導入後の酸化処理を低温化すると、多結
晶シリコンから成長するシリコン酸化膜への不純
物の偏析が増し、ベース直列抵抗rbを増大させ、
抵抗値の変動も大きくなる。
また、(2)項、(3)項を改善するためには、多結晶
シリコン71,74上の酸化膜を厚くしなければな
らず、(4)項、(5)項の悪化を招く。以上のように、
(1)項〜(3)項と、(4)項、(5)項とは互いに相反する要
求をもつていた。
この発明は、上記の点にかんがみなされたもの
で、高いエミツタ接地電流増幅率(以下、hfe
云う)、高い遮断周波数(以下Tと云う)および
低いベース直列抵抗(以下、rbと云う)をもつト
ランジスタと安定した多結晶シリコン抵抗とを有
し、低消費電力性と高速性を兼備した高密度のバ
イポーラ型半導体集積回路装置の製造方法を提供
することを目的とする。
以下、この発明の半導体集積回路装置の製造方
法の実施例について図面に基づき説明する。第2
図E〜第2図Gはその一実施例の製造工程を説明
するための図である。図示の実施例において、多
結晶シリコンの選択酸化までの工程を示す図は第
1図A〜第1図Dと同一であるため割愛した。ま
た、第2図E〜第2図Gにおいて、第1図A〜第
1図Gと同一部分には同一符号を付してその説明
を省略する。
まず、第1図A〜第1図Dに示される工程のう
ち、特記すべき点を説明する。第1図A、第1図
Bの工程は従来と全く同一であり、メインベース
(第2領域)6はコレクタ層(第1領域)3中に
P型不純物、たとえば、硼素を1014cm-2程度イオ
ン注入などによつて導入し、900℃以下程度の不
活性雰囲気中でアニールして浅く形成する。
次に、第1図Cのように、多結晶シリコン層7
を2000〜6000Å程度成長させ、薄いシリコン酸化
膜とシリコン窒化膜よりなるマスク層81〜84
低温で形成する。たとえば、多結晶シリコン層7
を850℃で10分間ウエツト酸化することにより、
約300Åの薄い酸化膜を形成し、シリコン窒化膜
は気相成長により800℃程度で育成できる。なお、
多結晶シリコンの成長温度は600℃程度である。
第1図Dに示される多結晶シリコン層7の選択
酸化は高圧酸化を用いることにより、900℃以下
程度の低温でも比較的短時間で形成可能である。
以下、第2図E〜第2図Gを参照して説明を続
ける。第1図Dに続いて、エミツタおよびコレク
タ電極を形成する部分のマスク層82,83をそれ
ぞれ除去し、多結晶シリコン72,73中にイオン
注入などの手段によつてN型不純物、たとえば、
砒素を1016cm-2程度の高濃度に導入し、900℃〜
1000℃程度の温度で熱酸化することにより、この
部分の多結晶シリコン上に厚いシリコン酸化膜を
成長させる。これにより、多結晶シリコン層72
3の膜厚を減じる。このとき、多結晶シリコン
2中のN型不純物の一部がメインベース6中に
拡散し、エミツタ(第3領域)11を形成する。
なお、マスク層82,83の下層のシリコン酸化
膜の除去に際して、周囲が非常に厚い多結晶シリ
コン酸化膜9およびマスク層81,84で覆われて
いるので、バーズビークを除去するために十分オ
ーバエツチすることができる(第2図E参照)。
次に、第2図Fに示すように、残存したマスク
層81,84を除去し、多結晶シリコン71,74
にP型不純物たとえば硼素を1015〜1016cm-2程度
の高濃度に導入し、熱酸化処理を施して、メイン
ベース6中にサイドベース(第4領域)10を形
成するとともに、エミツタ11をさらに深く拡散
し、適当なhfeが得られるようにコントロールす
る。
続いて、従来例と同様に、第2図Gに示すよう
に、コンタクトホールを開窓し、金属配線を施し
て、半導体集積回路装置が完成する。
以上のような実施例によれば、以下に列挙する
ような効果が得られる。
(a) メインベースの形成からエミツタ形成までの
間の熱処理は多結晶シリコン成長、マスク層形
成および選択酸化のみであり、すべて900℃程
度以下の低温処理が可能である。サイドベース
よりエミツタを先に形成するので、その後の熱
処理工程によりエミツタに比べメインベースが
深くなることがない。
(b) エミツタ上のマスク層82の除去において、
十分なオーバエツチが可能なので、バーズビー
クは除去され、多結晶シリコン72中に十分な
N型不純物が供給できる。
(c) 砒素などのN型不純物の偏析係数は約10程度
と大きいため、多結晶シリコン72の表面に厚
い酸化膜を形成した後にも大部分のN型不純物
は膜厚が減少した多結晶シリコン72中に残留
するので、高い表面濃度をもつエミツタを形成
できる。
(d) ベース電極引出し用多結晶シリコン71の酸
化量が少なく、多結晶シリコン膜厚を厚く保持
できるため、rbが小さい。
(e) 同様に、抵抗用多結晶シリコン74の膜厚変
化が小さいので、抵抗値の再現性がよい。
以上のように、従来の製造方法による半導体集
積回路のもつていた欠点はすべて解決され、高い
hfeTおよび低いrbをもつ高速動作に適したトラ
ンジスタ、抵抗値の再現性のよいポリシリコン抵
抗をもつ低消費電力―高速動作を兼備し、性能の
安定した半導体集積回路装置を製造することがで
きる。
なお、上記実施例では、第1図に示した構造の
半導体集積回路装置を例にとつて説明したが、多
結晶シリコンを用いて電極を取り出す類似した他
の半導体集積回路装置にもこの発明の方法を適用
することができる。
また、上記の実施例において、第1図Cの構造
を形成した後、選択酸化のためのマスク層81
4をマスクとして、イオン注入などの方法でP
型不純物、たとえば、硼素を1014〜1015cm-2程度
の濃度で多結晶シリコン7中に選択的に導入した
後、選択酸化以降の工程を実施してもよい。
以上のようにすれば、第2図Gにおいて、サイ
ドベース層10とエミツタ11の間に介在する比
較的抵抗の高いメインベース領域61の抵抗を著
しく減じ、上記実施例よりもさらにrbを減少させ
ることができ、高電流領域での動作速度が一層向
上する。
以上詳述したように、この発明の半導体集積回
路装置の製造方法によれば、マスク層の一部をオ
ーバーエツチングにより除去すると共にこのマス
ク層下のシリコン酸化膜のバーズビーク部を除去
して広い開口部を形成し、この開口部から多結晶
シリコンに一導電型の不純物を導入し、さらに熱
酸化処理によりその多結晶シリコンの膜厚を減じ
ると共にベース領域内に一導電型のエミツタ領域
を形成し、このエミツタ領域の形成後にサイドベ
ース領域を形成するようにしたので、エミツタ領
域の表面濃度を高くでき、且つエミツタ領域とベ
ース領域間のPN接合部と、ベース領域とコレク
タ領域のPN接合部間距離を所定値に維持できる
ために、バイポーラ型トランジスタのhfeを高く
でき、高速動作に適し、いわゆるECL,STTLな
どを含む低消費電力―高速動作のバイポーラ型高
密度半導体集積回路装置の製造に広く利用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図Aないし第1図Gはそれぞれ従来の半導
体集積回路装置の製造方法の工程説明図、第2図
Eないし第2図Gはそれぞれこの発明の半導体装
置の製造方法の一実施例を説明するための工程説
明図である。 1……P-型シリコン基板、2……N+型埋込
層、3……N-型エピタキシヤル層、4……分離
シリコン酸化膜、5……デイープコレクタ、6,
1……メインベース、7,71〜74……多結晶
シリコン層、81〜84……マスク層、9……多結
晶シリコン酸化膜、10……サイドベース、11
……エミツタ、121〜125……金属配線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 多結晶シリコンにより電極取出し部を形成し
    たバイポーラ型半導体集積回路装置の製造方法に
    おいて、エミツタ領域を形成した後サイドベース
    領域を形成する方法として、表面に一導電型の所
    定領域を有する逆導電型の半導体基板を準備する
    工程と、この所定領域内に逆導電型のメインベー
    ス領域を形成する工程と、前記所定領域およびメ
    インベース領域表面を露出した後前記基板全面に
    多結晶シリコン層を成長させる工程と、前記多結
    晶シリコン層の選択された表面に選択酸化のため
    のマスク層を形成する工程と、選択酸化により表
    面に前記マスク層を有しない前記多結晶シリコン
    層をシリコン酸化膜に変換する工程と、前記マス
    ク層の一部をオーバーエツチングにより除去する
    と共に前記除去されるマスク層下の前記シリコン
    酸化膜のバーズビーク部を除去する工程と、前記
    マスク層の除去された部分の前記多結晶シリコン
    層に高濃度の一導電型不純物を導入する工程と、
    熱酸化処理により前記一導電型不純物を導入され
    た多結晶シリコン層の膜厚を減じると共に前記メ
    インベース領域内に一導電型のエミツタ領域を形
    成する工程と、残存した前記マスク層を除去する
    工程と、この除去されたマスク層下の前記多結晶
    シリコン層に逆導電型の不純物を導入する工程
    と、この逆導電型の不純物を前記メインベース領
    域に拡散させて前記メインベース領域内に逆導電
    型のサイドベース領域を形成する工程とを有する
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。 2 前記多結晶シリコン層の選択された表面に選
    択酸化のためのマスク層を形成した後、選択酸化
    を行う前に前記多結晶シリコン層に逆導電型不純
    物を選択的に導入する工程を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回路
    装置の製造方法。
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