JPH05109744A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エミッタ−ベ−ス接合間に逆方向に電圧を印
加した際のホットキャリヤ効果を抑制し、特性劣化を回
避した、高信頼性を有する微細なバイポ−ラトランジス
タを提供する。 【構成】 バイポ−ラトランジスタのエミッタ拡散領域
を、Ｎ⁺型エミッタ電極６からの不純物拡散により形成
されたＮ⁺型エミッタ拡散領域７と、酸化膜１０内のエ
ミッタ開孔領域１１の側壁に設けた、高濃度のリンを含
有するＰＳＧ膜からなるサイドウオ−ル・スペ−サ８か
らの不純物拡散により、前記Ｎ⁺型エミッタ拡散領域７
の表面近傍に接続し、前記Ｎ⁺型エミッタ拡散領域７よ
り不純物濃度が低く形成されたＮ^-型拡散領域９から構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り、より
詳しくはバイポ−ラトランジスタの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体集積回路の高速化、高集積
化に伴い、バイポ−ラトランジスタにおいては、エミッ
タ電極として多結晶シリコン層が多く採用されている。

【０００３】この種の半導体装置の構造例を図２に示
す。

【０００４】図２において、バイポ−ラトランジスタ
は、縦型ＮＰＮバイポ−ラトランジスタでウオシュト・
エミッタ構造をなし、Ｐ型シリコン基板１の主表面にＮ
⁺型埋め込み層２を介して形成されたコレクタ領域をな
すＮ型エピタキシャル成長シリコン層３と、その中に形
成されたＰ型ベ−ス拡散領域５と、このＰ型ベ−ス拡散
領域５上に形成された層間絶縁膜をなす酸化膜１０内の
エミッタ開孔領域１１に形成されたＮ⁺型多結晶シリコ
ン層からなるＮ⁺型エミッタ電極６と、このＮ⁺型エミッ
タ電極６からの不純物拡散により形成されたＮ⁺型エミ
ッタ拡散領域７から構成されている。なお、図中、４は
フィ−ルド酸化膜である。また、コレクタ及びべ−ス電
極引出し領域は省略してある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の半導体装置においては、Ｎ⁺型多結晶シリ
コン層からなるＮ⁺型エミッタ電極６がＰ型ベ−ス拡散
領域５上に形成された酸化膜１０にオ−バ−ラップして
いるため、文献１；Applied Physics Letters 13,26419
68 "Excesscurrent generation due to reverse bias P
-N junction stress" 及び文献２； Proceedings IE
EE 1989 Bipolar Circuits and Technology Meetin
g,140 1989 "Temperature dependence of emitter-base
reverse stress degradation and its mechanism anal
yzed by MOS structures "に開示されているように、エ
ミッタ−ベ−ス接合間に逆方向に電圧を印加した際のホ
ットキャリヤ効果に起因した以下のような問題点があ
る。

【０００６】すなわち、エミッタ−ベ−ス接合間に逆方
向に電圧を印加すると、エミッタ−ベ−ス接合近傍の逆
方向電界によりキャリヤである電子が加速され、そのキ
ャリヤの一部は界面準位をつくったり、エミッタ−ベ−
ス接合近傍の酸化膜中にトラップされる。その結果、そ
れらの界面準位やトラップされた電子により、順方向ベ
−ス再結合電流が流れ、バイポ−ラトランジスタの電流
増幅率ｈ_FEの劣化等が起る。

【０００７】特に、近年のバイポ−ラトランジスタにお
ける電源電圧を一定にしてのスケ−リングにより、ベ−
ス領域は高濃度され、上記の現象はより大きな問題とな
っている。

【０００８】さらに、この劣化現象は、回路的にエミッ
タ−ベ−ス接合間に逆方向電圧印加の起るＢｉ−ＣＭＯ
Ｓ回路において顕著である。

【０００９】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するものであり、その目的とするところは、エミッタ−
ベ−ス接合間に逆方向に電圧を印加した際のホットキャ
リヤ効果を抑制し、特性劣化を回避した、高信頼性を有
する微細なバイポ−ラトランジスタを提供するところに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
少なくともバイポ−ラトランジスタを具備する半導体装
置において、前記バイポ−ラトランジスタの第一導電型
ベ−ス拡散領域上に形成された層間絶縁膜に設けられた
エミッタ開孔領域と、前記エミッタ開孔領域の側壁に配
設された、第二導電型不純物を含有する絶縁膜からなる
サイドウオ−ル・スペ−サと、前記エミッタ開孔領域か
ら前記サイドウオ−ル・スペ−サ及び前記層間絶縁膜に
オ−バ−ラップして形成された多結晶シリコン層からな
る第二導電型エミッタ電極と、前記第二導電型エミッタ
電極からの不純物拡散により形成された第二導電型の第
一拡散領域と、前記サイドウオ−ル・スペ−サからの不
純物拡散により、前記第一拡散領域の表面近傍に接続
し、前記第一拡散領域より不純物濃度が低く形成された
第二導電型の第二拡散領域から構成されてなるエミッタ
拡散領域を具備することを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の代表的な実施例を図面を用い
て具体的に説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例を示す半導体装
置の断面図である。なお、図中、１〜７、１０は上記図
２の従来の半導体装置と全く同一のものである。

【００１３】図１において、バイポ−ラトランジスタ
は、縦型ＮＰＮバイポ−ラトランジスタでウオシュト・
エミッタ構造をなし、Ｐ型シリコン基板１の主表面にＮ
⁺型埋め込み層２を介して形成されたコレクタ領域をな
すＮ型エピタキシャル成長シリコン層３と、その中に形
成されたＰ型ベ−ス拡散領域５と、このＰ型ベ−ス拡散
領域５上に形成された層間絶縁膜をなす酸化膜１０とを
有する。前記酸化膜１０内のエミッタ開孔領域１１の側
壁には、１０〜２０ｍｏｌ％程度の高濃度のリンを含有
するリンガラス（ＰＳＧ）膜からなるサイドウオ−ル・
スペ−サ８が設けられている。さらに、Ｎ⁺型多結晶シ
リコン層からなるエミッタ電極６が、前記エミッタ開孔
領域１１から前記サイドウオ−ル・スペ−サ８及び酸化
膜１０にオ−バ−ラップして形成されている。また、エ
ミッタ拡散領域は、前記Ｎ⁺型エミッタ電極６からの不
純物拡散により形成されたＮ⁺型エミッタ拡散領域７
と、前記サイドウオ−ル・スペ−サ８からの不純物拡散
により、前記Ｎ⁺型エミッタ拡散領域７の表面近傍に接
続し、前記Ｎ⁺型エミッタ拡散領域７より不純物濃度が
低く形成されたＮ^-型拡散領域９から構成されている。
なお、コレクタ及びべ−ス電極引出し領域は省略してあ
る。

【００１４】ここで、Ｎ⁺型エミッタ拡散領域７と、Ｎ^-
型拡散領域９の不純物濃度及び接合深さは、それぞれ
０．１〜０．２μｍ、０．０５〜０．１５μｍ、１Ｘ１
０¹⁷〜５Ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3程度に設定される。

【００１５】上記実施例の構造によれば、バイポ−ラト
ランジスタのＮ⁺型エミッタ領域７の表面近傍に接続
し、前記酸化膜１０内のエミッタ開孔領域１１の側壁に
設けられた、高濃度のリンを含有するＰＳＧ膜からなる
サイドウオ−ル・スペ−サ８からのリンの不純物拡散に
より形成された低濃度のＮ^-型拡散領域９が配設されて
いるため、逆方向電圧印加の際のエミッタ−ベ−ス接合
間の電界ピ−クを緩和し、エミッタ−ベ−ス接合間の逆
方向電圧印加に起因したホットキャリヤ効果を抑制する
ことができる。その結果、微細化に伴う、バイポ−ラト
ランジスタのホットキャリヤ効果の問題は回避すること
ができ、微細で、高性能なバイポ−ラトランジスタを実
現せしめることができる。

【００１６】さらに、基板上に形成された層間絶縁膜を
なす酸化膜１０内のエミッタ開孔領域１１の側壁には、
サイドウオ−ル・スペ−サ８が設けられているため、前
記Ｎ⁺型エミッタ電極６及び上層配線層の被覆性が向上
し、断線やショ−ト等のない配線の信頼性の高い半導体
素子が得られる。

【００１７】次に、図１に示す半導体装置の製造方法を
図３（ａ）〜図３（ｄ）について順次説明する。なお、
図において図１の実施例と同一あるいは相当部分は同一
符号を用いている。

【００１８】（１）図３（ａ）は、本発明による半導体
装置を製造するために予備加工された半導体基板の一部
を示す。図において、Ｐ型シリコン基板１上にＮ⁺型埋
め込み層２が形成され、その上にＮ型エピタキシャル成
長シリコン層３が形成されている。さらに、Ｎ型エピタ
キシャル成長シリコン層３内にはフィ−ルド酸化膜４及
びＰ型ベ−ス拡散領域５がそれぞれ形成され、基板上に
化学気相成長（ＣＶＤ）法により膜厚が２０００〜６０
００Å程度に酸化膜１０が形成され、さらに、この酸化
膜１０にはフォトエッチング法によりエミッタ開孔領域
１１が形成されている。

【００１９】（２）図３（ｂ）は、基板上にＣＶＤ法に
よりリン濃度が１０〜２０ｍｏｌ％程度のＰＳＧ膜を５
０００〜１００００Å程度堆積後、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）法により、前記酸化膜１０のエミッタ開
孔領域１１の側壁にサイドウオ−ル・スペ−サ８を形成
した状態を示す。ここで、サイドウオ−ル・スペ−サの
幅は０．１５〜０．３μｍ程度に設定される。

【００２０】（３）図３（ｃ）は、ＣＶＤ法により多結
晶シリコン層を堆積後、砒素の６０〜１００ｋｅＶ、５
Ｘ１０¹⁵〜５Ｘ１０¹⁶ｃｍ^-3程度のイオン注入法を行
い、その後、フォトエッチング法でＮ⁺型エミッタ電極
６を形成した状態を示す。

【００２１】（４）図３（ｄ）は、窒素雰囲気で、９０
０〜１０００℃、２０〜６０分間程度のアニ−ル処理を
行うことにより、Ｎ⁺型エミッタ電極６及びサイドウオ
−ル・スペ−サ８からの砒素及びリンの不純物拡散によ
り、それぞれＮ⁺型エミッタ拡散領域７と、このＮ⁺型エ
ミッタ領域７の表面近傍に接続したＮ^-型拡散領域９を
形成した状態を示す。なお、この熱処理を調整すること
により、所望の不純物濃度及び接合深さのＮ⁺型エミッ
タ拡散領域７とＮ^-型拡散領域９を設定できる。

【００２２】以下、従来法により、配線電極の形成等が
なされ、前述の効果を奏する図１に示すようなバイポ−
ラトランジスタが得られる。

【００２３】上記実施例によれば、Ｎ⁺型エミッタ領域
７の表面近傍に接続したＮ^-型拡散領域９の形成におい
ては、フォトリゾグラフィ工程、すなわちマスク等の位
置合わせが不要であり、自己整合的に形成することがで
きる。

【００２４】なお、上記実施例は、ＮＰＮ型バイポ−ラ
トランジスタの場合について述べたが、本発明はＰＮＰ
型バイポ−ラトランジスタの場合についても有効であ
る。

【００２５】さらに、本発明は、バイポ−ラトランジス
タとＭＯＳＦＥＴとを同一基板上に具備するＢｉ−ＭＯ
Ｓ半導体装置の場合においても有効である。

【００２６】以上、本発明を実施例に基いて説明した
が、本発明は上記実施例に限定されることなく、その要
旨を逸しない範囲で種々変更が可能であることは言うま
でもない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体装置
によれば、バイポ−ラトランジスタのエミッタ拡散領域
の表面近傍に接続し、酸化膜内のエミッタ開孔領域の側
壁に設けられた高濃度の不純物を含有する絶縁膜膜から
なるサイドウオ−ル・スペ−サからの不純物拡散により
形成された低濃度の拡散領域が配設されているため、エ
ミッタ−ベ−ス接合間の電界ピ−クを緩和し、逆方向電
圧印加の際のエミッタ−ベ−ス接合間の逆方向電圧印加
に起因したホットキャリヤ効果を抑制することができ
る。その結果、微細化に伴うなう、バイポ−ラトランジ
スタのホットキャリヤ効果の問題は回避することがで
き、微細で、高性能なバイポ−ラトランジスタを実現せ
しめることができる。

【００２８】さらに、基板上に形成された層間絶縁膜内
のエミッタ開孔領域の側壁には、サイドウオ−ル・スペ
−サが設けられているため、エミッタ電極及び上層配線
層の被覆性が向上し、断線やショ−ト等のない配線の信
頼性の高い半導体素子が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】 従来の半導体装置示す断面図である。

【図３】 図１に示す半導体装置の製造工程別断面図で
ある。

【符号の説明】

１ Ｐ型シリコン基板 ２ Ｎ⁺型埋め込み層 ３ Ｎ型エピタキシャル成長シリコン層 ４ フィ−ルド酸化膜 ５ Ｐ型ベ−ス拡散領域 ６ Ｎ⁺型エミッタ電極 ７ Ｎ⁺型エミッタ拡散領域 ８ サイドウオ−ル・スペ−サ ９ Ｎ^-型拡散領域 １０ 酸化膜 １１ エミッタ開孔領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともバイポ−ラトランジスタを具
   備する半導体装置において、 前記バイポ−ラトランジスタの第一導電型ベ−ス拡散領
   域上に形成された層間絶縁膜に設けられたエミッタ開孔
   領域と、 前記エミッタ開孔領域の側壁に配設された、第二導電型
   不純物を含有する絶縁膜からなるサイドウオ−ル・スペ
   −サと、 前記エミッタ開孔領域から前記サイドウオ−ル・スペ−
   サ及び前記層間絶縁膜にオ−バ−ラップして形成された
   多結晶シリコン層からなる第二導電型エミッタ電極と、 前記第二導電型エミッタ電極からの不純物拡散により形
   成された第二導電型の第一拡散領域と、前記サイドウオ
   −ル・スペ−サからの不純物拡散により、前記第一拡散
   領域の表面近傍に接続し、前記第一拡散領域より不純物
   濃度が低く形成された第二導電型の第二拡散領域から構
   成されてなるエミッタ拡散領域を具備することを特徴と
   する半導体装置。