JPH01310536A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH01310536A
JPH01310536A JP14137788A JP14137788A JPH01310536A JP H01310536 A JPH01310536 A JP H01310536A JP 14137788 A JP14137788 A JP 14137788A JP 14137788 A JP14137788 A JP 14137788A JP H01310536 A JPH01310536 A JP H01310536A
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JP
Japan
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type
region
semiconductor region
npn
ion
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JP14137788A
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Japanese (ja)
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Makoto Tanigawa
谷川 真
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Sharp Corp
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Abstract

PURPOSE:To enable a bipolar transistor element at low resistance to be formed without forming an epitaxial film, etc., by a method wherein an NPN type or PNP type transistors are simultaneously formed in a one conductivity type semiconductor region by an ion implantation process. CONSTITUTION:A P-type silicon substrate 1 is implanted with phosphorous ion as an N-type impurity to form an N-type semiconductor region 2. Next, after coating the surface with a resist 3 as a mask for implanting ion, the N-type semiconductor region 2 is irradiated with boron ion as a P-type impurity to form an NPN type transistor region assuming the part near the mean path length of the boron ion as a P-type inversion layer. After forming such an NPN type transistor region on the surface layer part, a high concentration P-type impurity doped part 17 for connecting a base and for isolating a base part as well as high concentration N-type impurity doped parts 18, 19 for connecting an emitter and a collector are formed to form an NPN type bipolar transistor. Through these procedures, the bipolar transistor of low resistance can be manufactured at high efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にバイポー
ラ型接合を有する半導体装置の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application This invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a bipolar junction.

(ロ)従来の技術 モノリシックなバイポーラトランジスタは、半導体基板
内に種々の手法でPNP又はNPN半導体領域を形成さ
せることにより得られるか、従来からウェル抵抗を下げ
るために、まず半導体基板内に不純物が高濃度にドープ
された一導電型半導体領域をイオン注入法等によって形
成し、次いでこの上にエピタキシャルと不純物の熱拡散
によって低濃度の一導電型半導体層を形成した後、この
低濃度の半導体層内にイオン注入法によりP型不純物及
びN型不純物を所定の順序で注入してPNP又はN P
 N半導体接合を形成する方法が汎用されている。
(b) Conventional technology A monolithic bipolar transistor can be obtained by forming a PNP or NPN semiconductor region in a semiconductor substrate using various methods, or conventionally, in order to lower the well resistance, impurities are first introduced into the semiconductor substrate. A highly doped semiconductor region of one conductivity type is formed by ion implantation or the like, and then a low concentration semiconductor layer of one conductivity type is formed thereon by epitaxial and thermal diffusion of impurities. P-type impurities and N-type impurities are implanted in a predetermined order by ion implantation into PNP or NP.
A method of forming an N semiconductor junction is widely used.

この方法によるバイポーラトランジスタ素子の典型的な
製造工程の一例を第2図(a)〜(h)に順に示した。
An example of a typical manufacturing process for a bipolar transistor element by this method is shown in sequence in FIGS. 2(a) to 2(h).

第2図(a)は、P型シリコン半導体基板!内へレジス
ト3を用いてイオン注入により高濃度にドープされたN
型半導体領域2(いイつゆる埋込み層)を形成する工程
を示す。第2図(b)は、エビタキソヤルによってP型
半導体膜4を被覆形成する工程を示す。第2図(c)は
、P型半導体膜4内にN型不純物をイオン注入によりド
ーピングしてN型エピタキシャル膜5を形成する工程を
示す。第2図(d)は、絶縁層6の形成による素子分離
工程を示す。第2図(e)は、N型エピタキシャル膜5
中にイオン注入によりP型頭域7を形成する工程を示し
、第2図(f)は、同じくコレクタ接続用の高濃度N型
不純物ドープ部8の形成工程を示す。第2図(g)は、
P型頭域7にベース接続用の高濃度P型不純物ドープ部
9を形成する工程を示す。そして、第2図(h)は、P
型頭域7にエミッタ用の高濃度N型領域10を形成した
後、各々ベース配911、エミッタ配線12、コレクタ
配線13を接続した状態を示すしのである。
Figure 2 (a) is a P-type silicon semiconductor substrate! N heavily doped by ion implantation using resist 3
The process of forming a type semiconductor region 2 (so-called buried layer) is shown. FIG. 2(b) shows a step of forming a P-type semiconductor film 4 by covering it with Ebitaki Soyal. FIG. 2(c) shows a step of doping an N-type impurity into the P-type semiconductor film 4 by ion implantation to form an N-type epitaxial film 5. FIG. 2(d) shows the element isolation step by forming the insulating layer 6. FIG. 2(e) shows an N-type epitaxial film 5.
FIG. 2F shows a step of forming a P-type head region 7 by ion implantation, and FIG. 2(f) similarly shows a step of forming a heavily doped N-type impurity region 8 for collector connection. Figure 2 (g) is
A process of forming a heavily doped P-type impurity region 9 for base connection in the P-type head region 7 is shown. And, FIG. 2(h) shows P
The figure shows a state in which after forming a high concentration N-type region 10 for an emitter in the mold head region 7, a base wiring 911, an emitter wiring 12, and a collector wiring 13 are connected to each other.

(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来のバイポーラトランジスタの製
造方法においては、エピタキシャル膜4゜5を用いてい
るため製造工程が煩雑であると共に、エピタキシャル膜
中に生じうる欠陥により歩留りが低下し易いという不都
合があった。また、かかるエピタキシャル膜の形成にコ
ストがかかり、しかも埋込み層の形成ら行っているため
、経済性の点で必ずしも満足できるものではなかった。
(c) Problems to be Solved by the Invention However, in the above-mentioned conventional method for manufacturing bipolar transistors, the manufacturing process is complicated because an epitaxial film of 4°5 is used, and the yield rate is reduced due to defects that may occur in the epitaxial film. There was an inconvenience in that it was easy to decrease. Furthermore, the formation of such an epitaxial film is costly and, moreover, the process involves forming a buried layer, so that it is not always satisfactory from an economic point of view.

この発明はかかる状況に鑑みなされたものであり、こと
に前述のごときエピタキシャル膜を形成することなく、
低抵抗のバイポーラトランジスタを効率良く得ることか
できる製造法を提供しようとするものである。
This invention was made in view of such circumstances, and in particular, without forming an epitaxial film as described above,
The present invention aims to provide a manufacturing method that can efficiently obtain low-resistance bipolar transistors.

(ニ)課題を解決するための手段 上記観点から本発明者らは鋭意研究を行った結果、高濃
度不純物がドーピングされた一導電型半導体領域に、い
わゆるレトログレードウェルの作製に用いられるイオン
注入法を適用して、逆導電型の不純物イオンを注入する
ことにより、一導電型半導体領域の表層部に自動的にP
NP型又はNPN型のトランジスタ領域が形成されるこ
とを見出し、この発明に到達した。
(d) Means for Solving the Problems From the above viewpoint, the present inventors conducted intensive research and found that ion implantation, which is used to create a so-called retrograde well, is performed in a single conductivity type semiconductor region doped with a high concentration of impurities. By applying the method and implanting impurity ions of the opposite conductivity type, P is automatically added to the surface layer of the semiconductor region of one conductivity type.
It was discovered that an NP type or NPN type transistor region is formed, and the present invention was achieved.

かくしてこの発明によれば、P型(又はN型)不純物が
高濃度にドーピングされた一導電型半導体領域に、イオ
ン注入法によりN型(又はP型)不純物イオンを照射注
入することによって、上記一導電型半導体領域内にPN
P型又はN P N型トランジスタ領域を形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
Thus, according to the present invention, the above-mentioned PN in one conductivity type semiconductor region
A method of manufacturing a semiconductor device is provided, the method comprising forming a P-type or N P N-type transistor region.

この発明における一導電型半導体領域は、例えば、シリ
コン半導体基板にP型又はN型の所定の不純物を高濃度
にドーピングすることにより形成することができ、濃度
制御の点で通常のイオン注入法によりドーピングを行う
のが好ましい。この際の濃度は、P型シリコン基板にN
型不純物(例えばリン)を注入する場合には、アニール
後のN型半導体領域内の濃度が1×107〜lXl0’
個/cm3程度の範囲となるよう制御するのが適してい
る。
The semiconductor region of one conductivity type in the present invention can be formed, for example, by doping a silicon semiconductor substrate with a predetermined P-type or N-type impurity at a high concentration, and can be formed by a normal ion implantation method in terms of concentration control. Preferably, doping is performed. At this time, the concentration is N in the P-type silicon substrate.
When implanting a type impurity (for example, phosphorus), the concentration in the N-type semiconductor region after annealing is 1×107 to lXl0'.
It is suitable to control the amount of particles/cm3.

かかる半導体傾城にイオン注入法により逆導電型不純物
イオンが照射注入される。例えば、N型半導体領域に対
しては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等のP型不純
物イオン、P型半導体領域に対してはリン、砒素等のN
型不純物イオンかいイオン注入される。この際の注入イ
オンのエネルギーは、とくに限定されないか、通常、5
0KeV〜数百KeVとする。のが適しており、50K
ev−100KeVとするのが好ましい。
Impurity ions of opposite conductivity type are irradiated and implanted into the semiconductor tilted wall by an ion implantation method. For example, for an N-type semiconductor region, P-type impurity ions such as boron, aluminum, gallium, etc., and for a P-type semiconductor region, N-type impurity ions such as phosphorus, arsenic, etc.
Type impurity ions are implanted. The energy of the implanted ions at this time is not particularly limited or is usually 5
0 KeV to several hundred KeV. is suitable, 50K
It is preferable to set it to ev-100KeV.

このようなイオン照射により、通常上記半導体領域のイ
オン照射面近傍、ことに表層部に、上記イオンの平均飛
浬位置を中心として新たtj P N P型又はNPN
型トランジスタ領域が形成される。
By such ion irradiation, a new tj P N P type or NPN type is usually formed near the ion irradiated surface of the semiconductor region, especially in the surface layer, around the average landing position of the ions.
A type transistor region is formed.

ただし、イオン注入の前記エネルギーをより高めること
により、内部にもかかるトランジスタ領域を形成可能で
ある。この後、必要な接続用部位の作製、リード線の取
付け、アニーリング処理等を適宜行うことにより実際に
使用されるバイポーラトランジスタ素子が構成されろ。
However, by increasing the energy of ion implantation, such a transistor region can also be formed inside. Thereafter, a bipolar transistor element to be actually used is constructed by appropriately performing necessary connection parts, attachment of lead wires, annealing treatment, etc.

ただし、この際、アニーリング処理は形成されたPNP
型又はNPN型トランジスタ領域の構造が破壊されない
ような温度下又は処理時間で行う必要がある。
However, at this time, the annealing treatment
It is necessary to carry out the process at a temperature or for a processing time that does not destroy the structure of the type or NPN type transistor region.

(ホ)作用 N型(又はP型)、すなわち逆導電型の不純物イオンが
照射されることにより、高濃度ドーピングされた一導電
型半導体領域の表層部における不純物イオンの平均飛程
位置付近に高濃度の逆導電型不純物イオンが注入され、
かつこの平均飛程位置付近を中心として下側及び上側に
低濃度の逆導電型不純物イオンが注入される。これによ
り、平均飛程位置不純物では、導電型が逆転して逆導電
型半導体領域が形成され、かつ個の上側及び下側では、
ベースの一導電型不純物の一部が中和されて、低濃度の
一導電型半導体領域が形成され、その結果高濃度ドーピ
ングされた一導電型半導体領域内に、新たなNPN型又
はPNP型トランジスタ領域が形成されることとなる。
(e) Effect: By irradiating N-type (or P-type) impurity ions, that is, opposite conductivity type impurity ions, there is a high concentration of impurity ions near the average range position in the surface layer of the highly doped one-conductivity type semiconductor region. Impurity ions of opposite conductivity type are implanted at a concentration of
Further, low concentration impurity ions of opposite conductivity type are implanted into the lower and upper sides around this average range position. As a result, the conductivity type of the average range position impurity is reversed to form an opposite conductivity type semiconductor region, and on the upper and lower sides of the
A portion of the impurity of one conductivity type in the base is neutralized to form a lightly doped semiconductor region of one conductivity type, and as a result, a new NPN or PNP transistor is formed in the heavily doped semiconductor region of one conductivity type. A region will be formed.

(へ)実施例 p型シリコン半導体基板lに、イオン照射装置を用いて
N型不純物としてのリンイオン(180KeV)を注入
し、1150’C下で3時間アニーリングを行って第1
図(a)に示すごとく、リンイオンが高濃度(2X 1
0”個/am3)にドーピングされたN型半導体領域2
を形成した。
(f) Example Phosphorus ions (180 KeV) as N-type impurities were implanted into a p-type silicon semiconductor substrate l using an ion irradiation device, and annealing was performed at 1150'C for 3 hours.
As shown in Figure (a), phosphorus ions are in high concentration (2X 1
N-type semiconductor region 2 doped with 0”/am3)
was formed.

次いで、イオン注入のマスクとしてレジストを表面塗布
した後、N型半導体領域2へP型不純物としてホウ素イ
オン(70KeV)を照射し、次いで1050℃で2時
間アニーリングを行った。これにより、N型半導体領域
2の照射面近傍に、ホウ素イオンの平均飛程位置付近を
P型逆耘層とするNPN型トランジスタ領域が自己整合
的に形成された。
Next, after applying a resist to the surface as a mask for ion implantation, the N-type semiconductor region 2 was irradiated with boron ions (70 KeV) as a P-type impurity, and then annealing was performed at 1050° C. for 2 hours. As a result, an NPN transistor region was formed in the vicinity of the irradiated surface of the N-type semiconductor region 2 in a self-aligned manner, with the P-type inversion layer located near the average range position of boron ions.

この状態を第1図(b)に示した。図中、3はレノスト
、15は逆転により生じたP型層、14゜16は各々N
型層を示すものである。
This state is shown in FIG. 1(b). In the figure, 3 is Renost, 15 is a P-type layer produced by inversion, and 14° and 16 are N, respectively.
This shows the mold layer.

なお、上記ホウ素イオン注入により表層部に形成杢れる
NPN型トランジスタ領域の各不純物濃度をシミュレー
ションによって確認した結果を第3図に示した。
Note that FIG. 3 shows the results of confirming by simulation the impurity concentrations of the NPN transistor regions formed in the surface layer by the boron ion implantation.

このように表層部にNPN型トランジスタ領域を形成し
た後、第1図(c)に示すごとくベース接続用及びベー
ス部のアイソレーション用の高濃度P型不純物ドープ部
17を形成し、さらに第1図(d)に示すごとくエミッ
タ接続用及びコレクタ接続用の高濃度N型不純物ドープ
部18.19の形成を行うことにより、NPN型バイポ
ーラトランジスタを得た。このようにして得られたトラ
ンジスタは、トランジスタ特性を示すと共に高濃度のN
型不純物領域をウェルとして形成しているため、低抵抗
のものであった。
After forming the NPN type transistor region in the surface layer portion in this way, as shown in FIG. As shown in Figure (d), an NPN bipolar transistor was obtained by forming heavily doped N-type impurity regions 18 and 19 for emitter connection and collector connection. The transistor thus obtained exhibits transistor characteristics and has a high concentration of N.
Since the type impurity region was formed as a well, the resistance was low.

(ト)発明の効果 この発明によれば、イオン注入法によって一導電型半導
体領域内に同時にNPN型又はPNP型トランジスタ領
域が形成されるので、極めて簡便にバイポーラトランジ
スタ素子を構成することができる。そして、ことに従来
のごときエピタキシャル膜等を形成することなく低抵抗
のバイポーラトランジスタ素子を構成できるため、製造
効率、歩留り等が優れており、経済性の点でも極めて有
利である。
(g) Effects of the Invention According to the present invention, since an NPN or PNP transistor region is simultaneously formed in a semiconductor region of one conductivity type by ion implantation, a bipolar transistor element can be constructed extremely easily. In particular, since a low-resistance bipolar transistor element can be constructed without forming a conventional epitaxial film or the like, manufacturing efficiency, yield, etc. are excellent, and it is extremely advantageous in terms of economy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)〜(d)は、この発明の半導体装置の製造
方法の一実施例を示す製造工程図、第2図(a)〜(h
)は、従来のバイポーラトランジスタ素子の製造方法を
例示する製造工程図、第3図は、この発明の製造方法の
一実施例によって形成されるNPN型トランジスタ領域
の不純物濃度をシミュレーションによって示すグラフ図
である。 1・・・・・・P型シリコン半導体基板、2・・・・・
N型半導体領域、 3・・・・・レジスト、14.16
・・・・・・N型層、15・・・・P型層、17・・・
・・・高濃度N型不純物ドープ部、18.19・・・・
・・高濃度N型不純物ドープ部。 第 1 図 第 3図 三?i;、  ご (/Am) (b) (h) 手続補正書 昭和63年8月7q日 1、事件の表示 昭和63年特許願第141377号 2、発明の名称 半導体装置の製造方法 3、hli正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  大阪市阿倍!IIF区長池町22番22号名
 称   (504)ンヤーブ株式会社代表者  辻 
 晴 雄 4、代理人〒530 住 所  大阪市北区西天満5丁目1−3クォーター・
ワンビルG、?+li正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 7、hli正の内容 補正の内容 1、明細書第5頁第8行のrlxlO’ 〜1xlO’
個/c+a’Jをrlxlo” 〜lxl O”個/c
+n″Jと訂正する。 ・2.同頁第14行の「N型不純物イオンかい」をrN
型不純物イオンが」と訂正する。
FIGS. 1(a) to (d) are manufacturing process diagrams showing one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIGS. 2(a) to (h)
) is a manufacturing process diagram illustrating a conventional method for manufacturing a bipolar transistor element, and FIG. 3 is a graph diagram showing by simulation the impurity concentration of an NPN transistor region formed by an embodiment of the manufacturing method of the present invention. be. 1... P-type silicon semiconductor substrate, 2...
N-type semiconductor region, 3...Resist, 14.16
...N-type layer, 15...P-type layer, 17...
・・・High concentration N-type impurity doped part, 18.19...
... Highly concentrated N-type impurity doped section. Figure 1 Figure 3 Figure 3? i;, Go (/Am) (b) (h) Procedural amendment dated August 7q, 1988 1, Case description 1988 Patent Application No. 141377 2, Title of invention Method for manufacturing semiconductor devices 3, hli Relationship with the case of the right person Patent applicant address Abe, Osaka City! 22-22 Nagaike-cho, IIF-ku Name (504) Nyab Co., Ltd. Representative Tsuji
Haruo 4, Agent 530 Address 1-3 Quarter, Nishitenma 5-chome, Kita-ku, Osaka
One Building G,? +li positive "Detailed description of the invention" column 7 of the subject specification, hli positive content amendment content 1, rlxlO' to 1xlO' on page 5, line 8 of the specification
pcs/c+a'J rlxlo" ~ lxl O" pcs/c
+n″J. ・2. Change “N-type impurity ion” in line 14 of the same page to rN.
type impurity ions,” he corrected.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、P型(又はN型)不純物が高濃度にドーピングされ
た一導電型半導体領域に、イオン注入法によりN型(又
はP型)不純物イオンを照射注入することによって、上
記一導電型半導体領域内にPNP型又はNPN型トラン
ジスタ領域を形成することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
1. By irradiating and implanting N-type (or P-type) impurity ions into the one-conductivity type semiconductor region doped with P-type (or N-type) impurities at a high concentration using an ion implantation method, the above-mentioned one-conductivity type semiconductor region is 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a PNP type or NPN type transistor region within the semiconductor device.
JP14137788A 1988-06-08 1988-06-08 Manufacture of semiconductor device Pending JPH01310536A (en)

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KR100363078B1 (en) * 1995-12-30 2003-02-05 삼성전자 주식회사 Method for manufacturing process-simplified bicmos
JP2010040907A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Sharp Corp Semiconductor device and its manufacturing method

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