JPH03104124A - バイポーラ型半導体装置 - Google Patents

バイポーラ型半導体装置

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JPH03104124A
JPH03104124A JP24158989A JP24158989A JPH03104124A JP H03104124 A JPH03104124 A JP H03104124A JP 24158989 A JP24158989 A JP 24158989A JP 24158989 A JP24158989 A JP 24158989A JP H03104124 A JPH03104124 A JP H03104124A
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JP
Japan
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layer
conductivity type
impurity
region
opposite conductivity
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Pending
Application number
JP24158989A
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English (en)
Inventor
Hideki Takada
秀希 高田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH03104124A publication Critical patent/JPH03104124A/ja
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、高速動作に適し、しかも、素子面積が小さく
ても大電流を扱うことができる横型バイポーラトランジ
スタに好適する。
(従来の技術) バイポーラ型半導体素子では、寄生抵抗や寄生容量を抑
えることにより高速性が改善されることが知られており
、近年開発された自己整合技術がその達成手段として多
くの素子に専ら利用されて、コレクターベース間容量や
ベース抵抗が以前に比べて非常に小さくすることが可能
になった。
一方、集積回路素子では、多くの機能素子を分離領域に
より電気的に絶縁する必要から全ての電極は、半導体基
板の一方の表面から取出さなければならなかった。
特に、コレクタ電極は、埋込領域及び真正トランジスタ
領域を経て引出すのが一般的である。
自己整合方式により形成するNPN型バイポーラトラン
ジスタの主要な製造工程を第2図a−eを参照して説明
する。
第2図aにあるように、P型シリコン半導体基板50に
は、N型不純物例えばSb. As及びPなどを適宜選
択して導入して不純物領域51を形成後、N型単結晶層
52をエビタキシャル(Epitaxial)或長して
、N型不純物をP型シリコン半導体基板50内に拡散す
ると共に、エビタキシャル層52にオートドーピング(
Auto Dopping) L/てN型不純物領域5
1即ちN型埋込領域51を形成する。
エビタキシャル層52の表面付近には、窒化珪素層をマ
スクとする選択酸化層(LOGOS)53を形成後コレ
クタ補償拡散を実施する。更に、SiO.(Xは以後0
 < x < 2の関係があるものとする)層54と窒
化珪素層55を化学的気相成長法により堆積する。
その上にアンドープ(ON Dope)多結晶シリコン
層56を堆積後、不要な部分を酸化する。
次に、第2図bに明らかなように,ベース電極を形成す
る予定位置の多結晶シリコン層56だけにボロンをイオ
ン注入し、また、エミッタとベースに相当する部分の多
結晶シリコン層56を除去する。
そして、第2図bに示すように、多結晶シリコン層56
を酸化後、窒化珪素層56をエッチングするが、この時
適量のサイドエッチング(SideEtching)と
更に、Sinx層54にライトエッチング(Light
 Etching)を施して第2図Cのオーバハング(
Over Hang)構造とする。
そして、第2図dのようにアンドープ多結晶シリコン層
57を堆積してからウェット(Wet)エッチングによ
りオーバハング部にアンドープ多結晶シリコン層57を
埋込んでから、エミッタベース接合保護用のSinx5
8を形成する。
そして、イオン注入法によりベース領域59を形成し、
再びアンドープ多結晶シリコン層を形成し、方向性のあ
るドライ加工により除去する。引続いて,穴の側面に残
った多結晶シリコン層をマスクとしてSin,を除去し
てエミッタコンタクト窓を設置する。
更に、多結晶シリコン層56からの拡散によりエミッタ
領域60を形成し更にまた、各領域に電極61を作る。
このような製造工程では、ドープド多結晶シリコン層に
形成した穴を利用することによって、トランジスタの活
性領域やベース領域などが全て形成される。しかも、こ
の穴を基本にしてSiOx層と多結晶シリコンの膜厚と
初期の穴寸法により、エミッタ幅が決定されるので,フ
ォトリソグラフィ(Photo Lithograph
y)技術の最少寸法より微細なエミッタ幅が制御性よく
実現できるのが自己整合技術の特徴である。
(発明が解決しようとする課題) 第2図に示した横型バイポーラPNP トランジスタで
は、分離領域によって設けられたN型領域をベース、表
面からイオン注入または拡散により形成されるP型領域
を夫々エミッタ及びコレクタとして利用する。しかも,
N+埋込領域とN拡散領域(通称Deep N+層)は
ベース抵抗を低くするために形成する。
このような横型バイポーラPNP トランジスタとして
有効に働くのは、ベースを挟むエミッタとコレクタが対
向している部分、即ち、エミッタの外周側面部とコレク
タの内周側面部だけである。エミッタの底面部、コレク
タの底面部及び外周側面部は、寄生容量を増加させるば
かりであり、更に、一般にエミッタとコレクタは、いわ
ゆるシャロージャンクション(Shallow Jun
ction)として設置されているので、電流容量の大
きいトランジスタを得るには広い素子面積が必要になる
本発明は、このような事情により威されたもので、特に
、寄生容量が小さく高速動作に優れ、面積効率の良いバ
イポーラトランジスタを提供することを目的とする。
〔発明の構或〕
(課題を解決するための手段) ある導電型を示す半導体基板と、この半導体基板表面に
重ねて形成する貫通孔部を有する第1絶縁物層と、この
第1絶縁物層表面及び側壁を被覆しある4電型を示す半
導体基板に接触する反対導電型不純物添加第1多結晶半
導体層と、この反対導電型不純物添加多結晶半導体層を
覆って形成する第2絶縁物層と、貫通孔部を埋めある導
電型を示す半導体基板表面を覆って形成する反対導電型
の単結晶成長層と、反対導電型不純物添加多結晶半導体
層からある導電型を示す半導体基板に反対導電型不純物
を導入して形成する反対導電型の第1不純物領域と、第
1絶縁物層露出面及び反対導電型の単結晶成長層部分を
被覆して形成する第2絶縁物層及びある導電型不純物添
加多結晶半導体層と、この多結晶半導体層表面に形成す
る第3絶縁物層と、ある導電型不純物添加多結晶半導体
層からある導電型不純物を反対導電型の単結晶成長層に
導入して形成するある導電型の不純物領域と、第3絶縁
物層を除去して露出する反対導電型の単結晶成長層に接
して形成する反対導電型不純物添加第2多結晶半導体層
と、反対導電型不純物をある導電型の不純物領域内に導
入して形成する反対導電型の第2不純物領域と、反対導
電型の第1、第2の不純物領域に接触する反対導電型不
純物添加第1、第2多結晶半導体層夫々に形成する第1
、第2電極と、ある導電型の不純物領域に接続するある
導電型不純物添加多結晶半導体層に形成する第3電極に
本発明に係わるバイポーラ型半導体装置の特徴がある。
(作 用) 本発明のバイポーラ型半導体装置では、自己整合法を利
用してコレクタ領域やエミッタ領域即ちコレクタ領域即
ち反対導電型の第1及び第2の不純物領域と、ベース領
域即ちある導電型の第1の不純物領域からの引出を夫々
の不純物を添加した多結晶半導体層を利用した。この結
果、素子面積を縮小して微細化と高速化を実現したもの
である。
(実施例) 第t図a−eを参照して本発明に係わる一実施例を説明
する。即ち、P型シリコン半導体基板lを約1000℃
に維持した湿った酸素雰囲気中で酸化して1.の熱酸化
物層2即ち第1酸化物層(便宜上以後熱酸化物層2と記
載する)を被覆後、減圧CVD (Chen+ical
 Vapour Deposition)法により厚さ
7000人で、Pを含有した多結晶シリコン層3即ち不
純物添加多結晶半導体層3を堆積する。次に,PEP(
Photo Engraving Process)に
より素子領域となる部分に対応する位置に被覆したフォ
トレジス1一層(図示せず)を除去し,それをマスクと
するRIE (Reactive Ion Etchi
ng)法により不純物添加多結晶半導体層3をエッチン
グする。更に、残った不純物添加多結晶半導体層3をマ
スクとして露出した熱酸化物層2をエッチングし、再び
不純物添加多結晶半導体層3′を減圧cvD法により全
面に堆積して第1図aに示す断面形状が得られる。即ち
,先の不純物添加多結晶半導体層3は平坦な熱酸化物層
2に堆積されたが、再度堆積工程による不純物添加多結
晶半導体層3′は、エッチング工程により形成した熱酸
化物層2の窓の側壁と露出したP型シリコン半導体基板
■を覆って被着させる工程である。
この不純物添加多結晶半導体層3′全面に高濃度のPを
イオン注入して1019/am3程度にドーピング(D
opping)後、これに方向性のあるドライ(Dry
)加工即ち異方性エッチングを施して、シリコン半導体
基板に堆積した余分の不純物添加多結晶半導体層3、3
′を除去して熱酸化物層2の側壁部分だけを残す。
次に、例えば850℃と比較的低温に維持した酸素中で
酸化することにより、不純物添加多結晶半導体層3′表
面に厚い酸化物層即ち第2酸化物層4を、露出した半導
体基板1上には薄い酸化物層4′が第1図bに示すよう
に形成される。
一方、この工程における熱負荷によりシリコン半導体基
板↓に接触する不純物添加多結晶半導体層3′からリン
が拡散してコレクタ埋込領域即ち第1不純物領域の一部
5、5を形成する。
更に、厚さの相違を利用するエッチング工程により,シ
リコン半導体基板1上に形成した薄い酸化物層4′だけ
を除去してから.既に形威されている第1不純物領域の
一部5、5間のシリコン半導体基板■内にAs. Sb
もしくはPをイオン注入法により導入して表面濃度が約
10197a++’の第1不純物領域をコレクタ埋込領
域の一部5,5と一体として完成させる, 次に、第1不純物領域5の上部に位置しており、しかも
厚い第2酸化物層4で囲まれた空間にPをほぼ1015
〜101S/am3含む選択エビタキシャル層即ちN型
単結晶成長層6を堆積し、ここにベース領域即ち第2不
純物領域とエミツタ領域即ち第3不純物領域を自己整合
法を利用して形成する(第1図C参照)。
その形成工程を以下に述べる。即ち、単結晶成長層6と
第2酸化物層4には窒化珪素層7を被覆後、第2不純物
領域を形成するN型単結晶成長層6に対応する部分以外
をパターニング(Patterning)工程により除
去し、更に,Bドープド多結晶シリコン層8を堆積して
から、この表面を酸化して酸化物層l5を形成する。工
程後のエッチング処理により窒化珪素層7を溶除するが
、この時適当なサイドエッチング(Sida Etch
ing)を行うと共に酸化珪素物層を軽くエッチング(
LightEtching)を行って第1図dに示すよ
うにいわゆるひさし(Over Hang)構造を形成
する。
次に、図示していないが不純物が添加されていない無添
加多結晶半導体層を堆積してひさし構造を埋めてから湿
式エッチングにより余分な無添加多結晶半導体層を除去
する。更に,続いて説明するベース領域である第2不純
物領域9とエミッタ領域である第3不純物領域10接合
を保護する酸化物層(図示せず)を設置後、イオン注入
法によりベース領域即ちP型第2不純物領域9を表面濃
度10”/am3程度に形成する。
更にまた、第1図eに明らかなように再び無添加多結晶
半導体層11を堆積後異方性エッチングにより余分なも
のを除去して窓を形成後、この窓の側面に残った無添加
多結晶半導体層11をマスクとするRIE (Reac
tive Ion Etching)法により酸化物層
を除去して第3不純物領域10のコンタクト窓を開ける
このコンタクト窓を覆って堆積した例えばAsやPなど
を添加した多結晶半導体層12からAsやPの拡散によ
り表面濃度1020/am3程度のN型第3不純物領域
lOを形成する。
最後に各不純物領域5、9、10に電気的に接続した電
極12. 13、l4を第1図eのように形成する。こ
の電極12、l3、14を構成する導電性金属としては
、AQ. AI2−Si. AQ−Si−Cuをスパッ
タリング(Sputtering)法により堆積して形
成した。
このような工程によりNPN トランジスタが製造され
るが、Pボリシリコンに形成された窓だけで,トランジ
スタの活性領域、Pボリシリコン、ベース電極などが全
て形成される。この窓を基本にして酸化珪素層、ポリシ
リコンが順次形威され、その厚さと初期の窓の寸法によ
り、エミッタ幅が決定される。従って、PEP工程技術
の最少寸法より微細なエミッタ幅を容易にしかも制御性
よく実現できる。
〔発明の効果〕
このように本発明により、コレクタ引出し部の面積を低
減することが可能になり、微細で高速なバイポーラトラ
ンジスタを実現することができる。
しかも,遮断周波数は、17.1GHzと高く、コレク
タ.ベース間接合容量、ベース抵抗も小さい。
また、エミッタ.ベース接合の耐圧Vebo = 7V
前後、Vcbo= 18〜20V、vceo=6〜7■
、hfe=120前後と直流特性は問題なく、半導体基
板上の特性のバラツキも小さい。
【図面の簡単な説明】
チ 第1図a−6は、本発明に係わる一実施例の工程を示す
断面図、第2図a−eは、従来装置の製造工程を示す断
面図である。 1:半導体基板、2:第1酸化物層, 3、8:不純物添加多結晶半導体層、 4:第2酸化物層、5:第1不純物領域、6:単結晶成
長層、7:窒化珪素、 9二第2不純物領域、lO:第3不純物領域11:無添
加多結晶半導体層、 12、i3、14:電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ある導電型を示す半導体基板と、この半導体基板表面に
    重ねて形成する貫通孔部を有する第1絶縁物層と、この
    第1絶縁物層表面及び側壁を被覆しある導電型を示す半
    導体基板に接触する反対導電型不純物添加第1多結晶半
    導体層と、この反対導電型不純物添加多結晶半導体層を
    覆って形成する第2絶縁物層と、貫通孔部を埋めある導
    電型を示す半導体基板表面を覆って形成する反対導電型
    の単結晶成長層と、反対導電型不純物添加多結晶半導体
    層からある導電型を示す半導体基板に反対導電型不純物
    を導入して形成する反対導電型の第1不純物領域と、第
    1絶縁物層露出面及び反対導電型の単結晶成長層部分を
    被覆して形成する第2絶縁物層及びある導電型不純物添
    加多結晶半導体層と、この多結晶半導体層表面に形成す
    る第3絶縁物層と、ある導電型不純物添加多結晶半導体
    層からある導電型不純物を反対導電型の単結晶成長に導
    入して形成するある導電型の不純物領域と、第3絶縁物
    層を除去して露出する反対導電型の単結晶成長層に接し
    て形成する反対導電型不純物添加第2多結晶半導体層と
    、反対導電型不純物をある導電型の不純物領域内に導入
    して形成する反対導電型の第2不純物領域と、反対導電
    型の第1、第2の不純物領域に接触する反対導電型不純
    物添加第1、第2多結晶半導体層夫々に形成する第1、
    第2電極と、ある導電型の不純物領域に接続するある導
    電型不純物添加多結晶半導体層に形成する第3電極とを
    具備することを特徴とするバイポーラ型半導体装置
JP24158989A 1989-09-18 1989-09-18 バイポーラ型半導体装置 Pending JPH03104124A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0653424A (ja) * 1992-06-18 1994-02-25 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 縦型ゲートcmosと整合する横型バイポーラ・トランジスタ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0653424A (ja) * 1992-06-18 1994-02-25 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 縦型ゲートcmosと整合する横型バイポーラ・トランジスタ

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