JPH0479132B2 - - Google Patents

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JPH0479132B2
JPH0479132B2 JP56144510A JP14451081A JPH0479132B2 JP H0479132 B2 JPH0479132 B2 JP H0479132B2 JP 56144510 A JP56144510 A JP 56144510A JP 14451081 A JP14451081 A JP 14451081A JP H0479132 B2 JPH0479132 B2 JP H0479132B2
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JP
Japan
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forming
heat treatment
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JP56144510A
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JPS5846677A (ja
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Juichi Hirofuji
Tadanaka Yoneda
Eizo Fujii
Hideaki Sadamatsu
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • 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】 本発明はバイポーラトランジスタおよびその製
造方法に関するものであつて、結晶欠陥に起因す
るリーク電流、ノイズ等素子特性の劣化を防止
し、製造工程に於ける歩留り向上を目的とする。
近年半導体集積回路に対して、高速化・低消費
電力化等の要求が強まつてきた。このため半導体
集積回路の製造工程では、素子寸法の微細化・不
純物導入の高精度化を実現しなければならない。
そこでバイポーラ半導体集積回路に於けるnpnト
ランジスタを形成するための不純物導入法として
イオン注入法が注目を浴びるようになつた。
しかし従来のイオン注入法によつてベースおよ
びエミツタ領域を形成するための不純物導入を行
つた場合、イオン注入によつて誘起される結晶欠
陥に起因するトランジスタの特性不良が生じる。
第1図を参照してこのことを説明すれば、N型
半導体Si(シリコン)基板11の主表面に酸化シ
リコン(以下SiO2と記す)膜12を形成し、
SiO2膜12にベースを形成するための不純物導
入窓12aを形成する。次に窓12aの内部に約
600Å程度の酸化膜12′を設ける(第1図A)。
そして3×1014ions/cm2のホウ素(以下Bと記
す)イオンを60KeVの加速電圧で注入して、
CVD法により約3000Åの低温SiO2膜を積層する。
次に約900℃の温度で、窒素ガス中で熱処理を施
してP型ベース領域14を形成した後、SiO2
13にエミツタを形成するための不純物導入窓1
3aを設ける(第1図B)。次に窓13a内部に
再度約600Åの酸化膜13′を形成して、窓13a
内に180KeVの加速電圧で、7×1015ions/cm2
度の砒素(以下Asと記す)イオンを注入し、
1000℃の温度で、窒素ガス中に於て100分に熱処
理を施すことにより、エミツタ領域15が形成さ
れ、npnトランジスタが出来る(第1図C)。
この場合、エミツタを形成するためのAsイオ
ン注入によつて誘起される結晶欠陥は、Asイオ
ン注入に於ける投影飛程付近に最も多く分布する
が、1000℃の熱処理時にAsは拡散して上記結晶
欠陥領域をエミツタ内部に包みこんでしまうた
め、エミツタとベースの接合部には、Asイオン
注入によつて誘起される結晶欠陥は到達しない。
しかしながら、ベースを形成するためのBイオン
注入時に誘起される結晶欠陥は、イオン注入され
た領域開孔12a内部の全体に渡り投影飛程付近
の深さに最も多く分布するため、ベース内部にエ
ミツタを形成しようとした場合、エミツタの側面
Qに結晶欠陥領域16を含むエミツタとベースの
接合部が出来る。このような結晶欠陥を含むp−
n接合は、結晶欠陥が再結合中心となる等の原因
により、接合のリーク電流や雑音を生じる。これ
はトランジスタとして電流増幅率が低下する等の
等性劣化になり、集積回路の製造工程に於ける歩
留り低下をもたらす。
本発明は、以上のようにエミツタ側面の結晶欠
陥に基づく素子特性の劣化を防止するために、ベ
ースおよびエミツタの両方の不純物導入時に誘起
される結晶欠陥をすべてエミツタ内部に包含し、
エミツタとベースの接合部に結晶欠陥を残留させ
ないことを特徴とした構造を有するバイポーラト
ランジスタおよびその製造方法を提供するもので
ある。すなわち、イオン注入法によつて不純物導
入を行つた場合、注入された領域にのみ結晶欠陥
ができ、この欠陥は注入された不純物に比して拡
散係数が小さいために、エミツタのみイオン注入
法によつて形成する場合にはイオン注入時の結晶
欠陥は、エミツタ領域内部に包含される。そこで
第2図に示すように、ベース領域を形成するため
のBイオン注入とエミツタ領域を形成するための
Asイオン注入とを同一の領域22aに行つて適
当な熱処理を施してベース領域24、エミツタ領
域25を形成すれば、BとAsおよび結晶欠陥の
3者の拡散係数の違いから、BおよびAsの両イ
オン注入時に生ずる結晶欠陥領域26をすべてエ
ミツタ領域25内部に包含する構造を有するnpn
トランジスタが形成できる。21はN型層、22
はSiO2膜である。
本発明の第2図の構造を形成する製造方法の第
1の実施例を第3図を用いて説明する。P型基板
(図示せず)上の比抵抗約1Ω−cmのコレクタと
なるN型半導体Si(シリコン)層よりなる基板3
1の主表面に例えば熱酸化法によつてSiO2膜3
2を約3000Å形成し、ベース領域形成部に開孔3
2aを設ける。さらにBSG膜(Boron Silicate
Glass膜)33を約3000Å積層し(A)、エミツタ領
域形成部に開孔33aを設けてCVD法により約
600Åの低温酸化膜34を積層する(B)。そしてB
イオンを40KeVの加速電圧で3×1014ions/cm2
Asイオンを180KeVの加速電圧で7×1015ions/
cm2それぞれイオン注入を行う。このイオン注入条
件によつてBとAs両イオンの投影飛程はほぼ等
しく、Si基板31の主表面から約500Å程度の深
さの部分にBおよびAsおよび結晶欠陥領域36
の分布のピークがほぼ重なる。この後1000℃程度
の温度で、窒素雰囲気中で約60分の熱処理を施す
ことにより、イオン注入されたBおよびAsと、
BSG膜33からBが拡散するとともに、Asより
もBの拡散係数が大きいため、第3図Cに示すご
とくエミツタ領域35、ベース領域37、グラフ
トベース領域38が形成される。
このときSi基板31の主表面からエミツタ・ベ
ース接合の深さは約0.4μm、グラフトベース・コ
レクタ接合の深さは約0.7μmとなる。Asはまた
同時に横方向にも拡散するので、上記開孔33a
の周辺よりもエミツタ領域は外方に広がる。しか
しイオン注入は開孔33aの内部にのみ結晶欠陥
領域36を誘起し、しかも結晶欠陥の拡散係数が
Asの拡散係数に較べて十分に小さいので、イオ
ン注入によつて誘起される結晶欠陥はすべてエミ
ツタ領域35の内部に包含されてしまうことにな
る。このようにして、エミツタ領域内にイオン注
入による欠陥を存在させたバイポーラトランジス
タを容易に工程数を大きく増加させることなく作
成することができる。
次に、本発明にかかる方法の第2の実施例を第
4図とともに説明する。第3図の場合と同様に
BSG膜33を積層した後、エミツタ形成領域に
開孔33aを設けてN2、Arのような不活性ガス
中で熱処理すると、BSG膜33と接しているSi
基板31の表面からボロンが拡散し、100〜300
Ω/ロのP+*形グラフトベース領域40が形成
される(第4図A)。
次に1000℃、O2ガス中で酸化すると開孔33
aのSi基板31表面に厚さ約300ÅのSiO2膜41
が形成される。同時に酸化種(酸素)は、BSG
膜33中を拡散して、BSG膜33とグラフトベ
ース領域40との界面に達するためグラフトベー
ス領域40表面が酸化されて、グラフトベース領
域40上に厚さ約150ÅのSiO2膜42が形成され
る(第4図B)。
次に第1の実施例の場合と同じように、Bイオ
ン、Asイオンをイオン注入、熱処理する。そう
すると、Asの拡散で形成したエミツタ領域35、
Bイオン注入領域のBの拡散で形成したベース領
域37、グラフトベース領域40のボロンがさら
に拡散してグラフトベース領域40′が形成され
る(第4図C)。
第4図Bに示す工程においてグラフトベース領
域40上に形成されたSiO2膜42は、酸化され
た領域に含まれていたボロンを含むが、このボロ
ンは偏析現象によつて再びグラフトベース領域に
拡散することはなく、さらに熱処理によるBSG
膜33からのボロンの拡散を阻止する効果を有す
るので、第4図Cに示す工程で熱処理しても
BSG膜33からSi基板31へボロンが拡散され
ることはない。故に、グラフトベース領域40′
のシート抵抗は第4図Aに示す工程の熱処理後の
シート抵抗で決まるので、所望のシート抵抗にな
るようにBSG膜33中のボロン濃度もしくは熱
処理条件を決める。また第4図ではエミツタ・ベ
ース接合表面は加熱酸化膜42で覆われている。
以上のように本発明によれば、ベースを形成す
るためのイオン注入時に誘起される結晶欠陥は、
イオン注入時に形成された位置から熱処理によつ
て移動することはなく、一方、注入された不純物
は熱処理によつて拡散され、活性ベースとエミツ
タを精度よく形成される。これは、トランジスタ
の高周波特性とアーリー電圧などの耐圧を同時に
向上させるために、活性ベースの不純物濃度を高
くすると同時にベース幅をきわめて薄くすること
が効果的であつて、この場合、活性ベースを形成
するためのイオン注入のドーズ量を、本実施例で
示したように3×1014ions/cm2と高くする必要が
ある。しかし、このようにドーズ量の多い時に誘
起される結晶欠陥は、一般に熱処理によつて回復
しないことが知られている。従つて、この欠陥の
影響を回避するためには、欠陥がPN接合面のよ
うに電気的に活性な領域から追い出し、エミツタ
領域の内部に閉じ込めることが最も効果的な方法
であるといえる。さらに、グラフトベースは不純
物を含んだ絶縁膜から半導体中に熱的に拡散され
るので、イオン注入のように結晶欠陥を誘起する
ことはなく、イオン注入によつて形成された活性
ベースやエミツタ領域の周辺で、グラフトベース
との重なりが生じても、リーク電流の発生を生ず
ることはない。すなわち、イオン注入によつて誘
起される結晶欠陥は、すべてエミツタ領域の内部
に包含され、ベースとエミツタの接合面に結晶欠
陥が存在することはなく、ベースとエミツタ間の
リーク電流の発生を防止できる。また活性ベース
領域とエミツタの両方を、精度の高いイオンで注
入法によつて形成するため、トランジスタ特性の
精度の高い制御が可能で、しかも素子特性の不均
一も小さい。さらにBSG膜を用いて不純物濃度
の高いグラフトベース領域を形成しているため、
ベース広がり抵抗を小さくすることが可能で、高
周波特性および雑音特性の優れたトランジスタが
形成できる。特に第2の実施例の場合はエミツ
タ・ベース接合表面はBSG膜に比べて、ボロン
濃度が低く、界面準位密度も小さく、安定性の高
い加熱酸化膜で覆われているためエミツタ・ベー
ス間リーク電流が小さく、バーストノイズ、低周
波ノイズもより一層小さくなる。
次に従来の例と本発明の実施例の両方のトラン
ジスタを実際に試作して素子特性を測定した結果
を示す。まずエミツタ・ベース接合のリーク電流
に依るエミツタ接地直流電流増幅率(hFEと記
す)の低下したトランジスタの割合は、エミツタ
の大きさが8μm四方のトランジスタに於て、従
来の例では35%であつたのが、本発明の実施例に
依れば0であつた。さらにバーストノイズは約5
分の1に低減できた。また2個1組のトランジス
タに関してそのhFEの偏差も平均hFEが100程度
のトランジスタに対して1%以下と小さい。
以上のように、本発明によれば高性能のバイポ
ーラトランジスタが実現できるとともに、高周
波、低消費電力半導体集積回路の製造工程に於け
る歩留りの向上をもたらすと共に、素子特性の均
一性が良いことから、高精度集積回路の実現も可
能となるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Cは従来の二重イオン注入法に依る
npnトランジスタとその製造工程を断面図、第2
図は本発明にかかる結晶欠陥をすべてエミツタ領
域内部に包含するトランジスタの概略断面図、第
3図A〜C、第4図A〜Cはそれぞれ本発明にか
かるトランジスタの製造方法の実施例の工程断面
図である。 21,31……N型シリコン基板、22a……
BおよびAsをイオン注入するための開孔、24,
37……P型ベース領域、25,35……N型エ
ミツタ領域、32a……グラフトベース領域およ
びベース領域を形成するための不純物導入を行う
開孔、33……BSG膜、33a……BおよびAs
をイオン注入するための開孔、38,40′……
グラフトベース領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ベースおよびエミツタ領域を形成するために
    2回のイオン注入を、半導体基板の一部の同一の
    領域に選択的に行う工程と、前記イオン注入によ
    り導入された不純物を拡散し、ベースおよびエミ
    ツタ領域を形成する熱処理工程とを備え、前記2
    回のイオン注入によつて注入された両イオンの投
    影飛程をほぼ等しくし、前記熱処理工程を前記イ
    オン注入によつて誘起される結晶欠陥の成長速度
    よりも、前記2回のイオン注入によつて導入され
    た不純物の拡散速度の方が大きくなる条件に設定
    することにより、前記結晶欠陥を前記エミツタ領
    域内部に完全に包含せしめることを特徴とするバ
    イポーラトランジスタの製造方法。 2 イオン注入される領域の周囲に一導電形形成
    用不純物を含んだ絶縁膜をあらかじめ形成する工
    程と、熱処理によつて前記絶縁膜から不純物を拡
    散させグラフトベース領域を形成する工程を含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    バイポーラトランジスタの製造方法。 3 イオン注入される領域の周囲に一導電形形成
    用不純物を含んだ絶縁膜を形成する工程と、熱処
    理によつて前記絶縁膜から不純物を拡散させグラ
    フトベース領域を形成する工程と、前記基板を酸
    化性雰囲気中で熱処理し前記絶縁膜と前記グラフ
    トベース領域界面に熱酸化膜を形成する工程とを
    含みその後、ベースおよびエミツタ領域を形成す
    るためのイオン注入工程を行うことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載のバイポーラトラン
    ジスタの製造方法。
JP14451081A 1981-09-11 1981-09-11 バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法 Granted JPS5846677A (ja)

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JPS5846677A JPS5846677A (ja) 1983-03-18
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53123675A (en) * 1977-04-01 1978-10-28 Burroughs Corp Method of producing transistor in semiconductor ic
JPS5673447A (en) * 1979-11-21 1981-06-18 Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai Manufacture of semiconductor device
JPS56142667A (en) * 1980-03-13 1981-11-07 Ibm Semiconductor device

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