JPH02218134A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 高速バイポーラ集積回路の埋込層形成に関し。

コレクタ埋込層の不純物分布の傾斜を小さくしてコレク
タ容量を低減し、バイポーラ集積回路の高速化をはかる
ことを目的とし。

一導電型半導体基板の埋込層形成領域に拡散定数の異な
る２種類の反対導電型不純物を導入し。

該基板を酸化性雰囲気中で加熱して該基板内の表層部に
埋込層を形成する工程と、該埋込層を覆って該基板上に
反対導電型の半導体層を形成する工程とを有し、該半導
体層に素子形成を行うように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法に係り、高速バイポーラ
集積回路の埋込層の形成に関するものである。

〔従来の技術〕

バイポーラ集積回路を高速化する方法として。

例えばコレクタ領域と基板間の寄生容量を低減させる方
法と、コレクタ抵抗を低減させる方法がある。

これを実現させる従来技術は次のようである。

まず、′コレクタ容量を低減させるためには、すソグラ
フィにおける自己整合技術によりコレクタ面積を縮小し
、又コレクタの側壁を基板に掘ったトレンチで形成して
いる。

又、コレクタ抵抗を低減させるためには、コレクタ接合
に近接して低抵抗の埋込層を形成している。

そこで、コレクタ面積を変えないで、コレクター基板間
の寄生容量を低減させる方法として、コレクタ埋込層の
不純物濃度分布に傾斜を持たせる方法を提案した１） １）特願昭６３−１１０７４６号明細書この方法は拡散
定数の異なる２種類の不純物を用いてコレクタ埋込層を
形成している。

コレクタ埋込層に不純物分布の傾斜を持たせるために、
拡散定数の大きい不純物として燐（Ｐ）を。

小さい不純物としてアンチモン（Ｓｂ）、砒素（Ａｓ）
を用いて、非酸化性雰囲気中で拡散する。

この方法によれば、拡散定数の大きい不純物により深さ
方向の不純物分布に傾斜を持たせることができ、又拡散
定数の小さい不純物を濃くドープすることによりコレク
タ埋込層の低抵抗化が実現できる。

このように、不純物分布に傾斜を持たせる方法は、　Ｍ
ＯＳ　ＦＥＴのソース／ドレインを形成する際に。

０００　（Ｄｏｕｂｆｅ　Ｄｉｆｆｕｓｅｄ　Ｄｒａｉ
ｎ）を形成するのと同じ原理である。但し、　ＤＤＤ形
成の目的はドレイン接合のアバランシェ耐圧及びＭＯＳ
　ＦＥＴのホットキャリア耐性の向上である。

又、不純物分布の傾きと容量との関係は周知のように、
傾きを小さくするに従って接合容量は小さくなる１ ２）例えば。

「バイポーラトランジスタの動作理論」近代科学社刊、
　ｐ３５゜ 〔発明が解決しようとする課題〕 集積回路を使用するシステムの高速化の要請によりさら
に、集積回路を更に高速化させるためには、コレクター
基板間容量を更に低減させる必要がある。

本発明はコレクタ埋込層の不純物分布の傾斜を従来例よ
り更に小さくしてコレクタ容量を低減し。

バイポーラ集積回路の高速化をはかることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題の解決は、−導電型半導体基板の埋込層形成領
域に拡散定数の異、なる２種類の反対導電型不純物を導
入し、該基板を酸化性雰囲気中で加熱して該基板内の表
層部に埋込層を形成する工程と、該埋込層を覆って該基
板上に反対導電型の半導体層を形成する工程とを有し、
該半導体層に素子形成を行う半導体装置の製造方法によ
り達成される。

〔作用〕

コレクタ埋込層の不純物分布の傾斜を小さくするために
、従来例と同様に拡散定数の異なる２種類の不純物を用
いたが１本発明は、従来、非酸化性雰囲気中で行ってい
た拡散を酸化雰囲気中で行うことにより、拡散定数の大
きい不純物はその拡散定数が更に大きくなり、逆に拡散
定数の小さい不純物はその拡散定数が更に小さくなるよ
うにしたものである。

一般に、不純物の原子半径が小さいＰ等は格子間拡散機
構により、原子半径が大きいｓｂ、＾Ｓ等は空孔拡散機
構により拡散することが知られている３′。

又９．非酸化性雰囲気中に比べて酸化性雰囲気中での拡
散定数は、格子間拡散機構のＰは大きくなり、空孔拡散
機構のＳｂ、　Ａｓは小さくなる３）３）例えば。

「シリコン結晶とドーピング」丸善、　ｐ１５１゜この
理由は次のように考えられる。

■　Ｓｉ表面を酸化すると１表面付近の空孔濃度は低下
し、格子間Ｓｉ原子濃度は高くなる。

■　空孔拡散機構による拡散定数は空孔濃度に比例し、
格子間拡散機構による拡散定数は格子間Ｓｉ原子濃度に
比例する。

■　Ｐの拡散は格子間拡散機構であり、　Ｓｂ＋　Ａｓ
の拡散は空孔拡散機構である。

以上の■〜■により、上記の現象が起きる。

そこで本発明は、コレクタ埋込層の不純物分布の傾斜を
更に小さくするために、拡散定数の大きい不純物として
Ｐを、小さい不純物としてｓｂ。

Ａｓを用いて、且つ酸化性雰囲気で拡散するようにした
。

〔実施例〕

第１図（１）〜（４）は本発明の一実施例によるコレク
タ埋込層の形成を工程順に説明する断面図である。

第１図（１）：コレクタ埋込層形成用 注入マスクの形成 高抵抗のｐ型珪素（ｐ−Ｓｉ）基板Ｉ上に厚さｌ０００
人の二酸化珪素（Ｓｉ（ｌｚ）ＪＷ　２　、厚さ１５０
０人の窒化珪素（ＳｉＪ＜）層３を順次被着し１通常の
りソグラフィを用いてコレクタ埋込層形成領域の上記２
層を開口する。

開口された５ｉ０２層２　、　Ｓｉ３Ｎ４層３をイオン
溝入のマスクにする。

第１図（２）：ｎ−層形成用イオン注入ｎ−層４を形成
するため、拡散係数の大きいＰのイオン（Ｐ゛）を注入
する。

Ｐｏの注入条件は、エネルギ５０　ＫｅＶ、ドーズ量３
Ｘ１０１４ｃｍ−”である。

第１図（３）：ｎ”層形成用イオン注入ｎ゛層５を形成
するため、拡散係数の小さいＡｓのイオン（Ａｓつを注
入する。

Ａｓ＋の注入条件は、エネルギ５０　ＫｅＶ、ドーズ量
３Ｘ１０１Ｓｃｍ−”である。

ここで、　Ａｓの代わりにｓｂを用いてもよい。又第１
図（２）と（３）は順序が入れ替わってもよい。

第１図（４）において、開口を覆って基板上全面にＳｉ
Ｏ□Ｈ７を被着し、イオン注入された不純物の活性化ア
ニールを行い、コレクタ埋込層６を形成する。

ここで、活性化アニールは酸化性雰囲気２例えば乾燥酸
素中で１１００°Ｃ１３０分間行う。

この後の工程は、　５ｉＯｚ層２　、５ｉｓＮ、層３を
除去して、基板表面を清浄化した後、コレクタ埋込層６
を覆って基板上全面にＳｔ素子形成層をエピタキシャル
成長し、この層に通常の工程によりバイポーラ素子を形
成する。

比較のために、従来例として、イオン注入条件を同じに
して、活性化アニールを窒素雰囲気中で１１００℃、３
６０分間行った。

第２図（１）、　（２）はそれぞれ実施例と従来例の不
純物分布の計算結果を示すプロファイルである。

活性化アニールにより、乾燥酸素雰囲気中で拡散した場
合を第２図（１）に、窒素中で拡散した場合を第２図（
２）に示す。

図中、Ｂは基板のｐ型不純物硼素の分布＋　Ｎｅｔは補
償後の全不純物分布である。

実施例ではＰの拡散が進むことがわかる。これにより、
コレクタ埋込層の不純物分布の傾斜が小さくなり、コレ
クター基板間容量が低下する。

逆バイアス１ｖのときの接合容量の計算値を実施例と従
来例を対比して次に示す。

実施例（第２図（１）の分布）　：　５．８７Ｘ１０−
’Ｆ／ｃｍ”従来例（第２図（２）の分布）　　：　６
．３２Ｘ１０−”Ｆ／ｃｍｚ従来例でＰの注入なし　：
　６．８２Ｘ１０−’Ｆ／ｃｍ”〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、コレクタ埋込層の
不純物分布の傾斜を小さく形成でき、その結果コレクタ
ー基板間容量を低減でき、バイポーラ集積回路の高速化
に寄与することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）〜（４）は本発明の一実施例によるコレク
タ埋込層の形成を工程順に説明する断面図。 第２図（１）、　（２）はそれぞれ実施例と従来例の不
純物分布の計算結果を示すプロファイルである。 図において。 １はｐ−５ｔ基板。 ２はＳｔａｇ　ｊｉ。 ３はＳｉ３Ｎ４　　層。 ４はｎ−層。 ５はｎｌ 層。 ６はコレクタ埋込層 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Ｐ”ｚｔ入 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ △去珪入 実距例の断面図 第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一導電型半導体基板の埋込層形成領域に拡散定数の異な
   る２種類の反対導電型不純物を導入し、該基板を酸化性
   雰囲気中で加熱して該基板内の表層部に埋込層を形成す
   る工程と、 該埋込層を覆って該基板上に反対導電型の半導体層を形
   成する工程とを有し、 該半導体層に素子形成を行うことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。