JPH05308077A - Bipolar semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
Bipolar semiconductor device and manufacture thereofInfo
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- H01L29/70—Bipolar devices
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はLaterally G
raded Emitter(LGE)構造を有するバ
イポーラ型半導体装置の製造方法に関し、エミッタ接合
に逆方向バイアスされて現れるホットキャリア現象を改
善したバイポーラ型半導体装置およびその製造方法に関
する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to Laterally G
The present invention relates to a method for manufacturing a bipolar semiconductor device having a radiated emitter (LGE) structure, a bipolar semiconductor device in which a hot carrier phenomenon that appears when a reverse bias is applied to an emitter junction is improved, and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】1μm以下のサブミクロン級バイポーラ
トランジスタ又はBiCMOS素子に形成されるバイポ
ーラトランジスタは、ホットキャリア現象によりトラン
ジスタの増幅特性の劣化現象が甚だしい。2. Description of the Related Art A submicron bipolar transistor having a size of 1 μm or less or a bipolar transistor formed in a BiCMOS element has a remarkable deterioration phenomenon in the amplification characteristic of the transistor due to a hot carrier phenomenon.
【0003】ホットキャリア現象によるトランジスタの
劣化現象を改善するために、エミッタ接合の形状をグレ
ーディングさせて水平的電界の強度を減少させたLat
erally Graded Emitter(LG
E)構造を有する半導体製造方法が三菱電機(株)の本
田等により1990年IEDMに発表されている。In order to improve the deterioration phenomenon of the transistor due to the hot carrier phenomenon, the shape of the emitter junction is graded to reduce the strength of the horizontal electric field Lat.
Errally Graded Emitter (LG
E) A method of manufacturing a semiconductor having a structure was announced in IEDM in 1990 by Honda et al. Of Mitsubishi Electric Corporation.
【0004】図2は従来のLaterally Gra
ded Emitter(LGE)構造を有するバイポ
ーラ型半導体装置の製造方法を示す製造工程図である。
まず、図2(A)に示すように、p型半導体基板の上部
にn型エピタキシャル層1を成長させた後、熱酸化物層
3aを成長させる。エピタキシャル層1の所定領域に通
常のバイポーラ製造工程によりイオン注入を施した後、
p型領域2aとp+型領域2bからなるp型ベース領域
2を拡散させる。熱酸化物層3a上部に酸化物層3bを
気相成長(CVD)させて酸化物層3を形成する。酸化
物層3の所定領域をエッチングしてエミッタ4を形成す
る。図2(B)のようにエミッタ4を通じてn- 型イオ
ンをイオン注入し、ベース領域上に拡散させてn- 型エ
ミッタ領域5aを形成する。次いで、図2(C)に示す
ように、酸化物層を成膜した後にドライエッチングによ
ってエミッタ窓4内に酸化物サイドウォール6を形成す
る。図2(D)に示すように酸化物サイドウォール6が
形成されて狭くなったエミッタ窓4を通じてn+ 型のイ
オンをイオン注入して拡散の後にn+ 型エミッタ領域5
bを拡散することにより、n+ 型エミッタ領域5bとn
- 型エミッタ領域5cからなるn型エミッタ領域5を形
成する。図2(E)に示すように、p型ベース領域2上
の所定領域に酸化物層3をエッチングしてベース窓を形
成する。次に多結晶シリコン層を成膜させた後、フォト
リソグラフィー工程によってn+ 多結晶シリコン電極7
および8をエミッタ領域5とベース領域2にそれぞれ接
触させて導電接続を形成している。FIG. 2 shows a conventional Laterally Gra.
It is a manufacturing process drawing showing a manufacturing method of a bipolar type semiconductor device which has a ded emitter (LGE) structure.
First, as shown in FIG. 2A, after growing the n-type epitaxial layer 1 on the p-type semiconductor substrate, the thermal oxide layer 3a is grown. After performing ion implantation in a predetermined region of the epitaxial layer 1 by a normal bipolar manufacturing process,
The p-type base region 2 including the p-type region 2a and the p + -type region 2b is diffused. The oxide layer 3b is formed on the thermal oxide layer 3a by vapor phase growth (CVD). A predetermined region of the oxide layer 3 is etched to form the emitter 4. As shown in FIG. 2B, n − type ions are ion-implanted through the emitter 4 and diffused on the base region to form an n − type emitter region 5a. Next, as shown in FIG. 2C, after forming an oxide layer, an oxide sidewall 6 is formed in the emitter window 4 by dry etching. As shown in FIG. 2D, n + type ions are ion-implanted through an emitter window 4 which is narrowed by forming an oxide side wall 6 and then diffused, and then an n + type emitter region 5 is formed.
By diffusing b, n + type emitter regions 5b and n
An n-type emitter region 5 composed of the -type emitter region 5c is formed. As shown in FIG. 2E, the oxide layer 3 is etched in a predetermined region on the p-type base region 2 to form a base window. Next, after depositing a polycrystalline silicon layer, the n + polycrystalline silicon electrode 7 is formed by a photolithography process.
And 8 are respectively brought into contact with the emitter region 5 and the base region 2 to form a conductive connection.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上のような方法によ
って製造されるLaterally Graded E
mitter(LGE)構造を有するバイポーラ型半導
体装置は、n- イオンをイオン注入してn- イオン注入
領域上部に酸化物サイドウォールを形成した後、n+ イ
オンのイオン注入を施し、注入したイオンを熱拡散しイ
オン注入された領域を活性化させている。そして酸化物
サイドウォールの形成の際にはシリコンのオーバーエッ
チングが起こり、また熱拡散の際には、酸化物サイドウ
ォール下に深い接合が形成され電界の強度が高い部分が
生じる。Laterally graded E manufactured by the above method
In a bipolar semiconductor device having a mitter (LGE) structure, n − ions are ion-implanted to form an oxide sidewall on an upper part of the n − ion-implanted region, and then n + ion is ion-implanted. The region that has been thermally diffused and ion-implanted is activated. Then, over-etching of silicon occurs at the time of forming the oxide side wall, and at the time of thermal diffusion, a deep junction is formed under the oxide side wall and a portion having a high electric field strength occurs.
【0006】その結果、ホットキャリアーによるトラッ
プの生成により電流利得低下等が起こり、サブミクロン
級多結晶シリコンエミッタを製造するために用いること
ができなかった。本発明は上記の従来技術の問題点を解
決することを目的としたものである。As a result, the current gain is reduced due to the generation of traps due to hot carriers, and it cannot be used for manufacturing submicron-class polycrystalline silicon emitters. The present invention is intended to solve the above-mentioned problems of the prior art.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、バイポーラ型
半導体装置において、エピタキシャル層のベース領域の
上部の酸化物層に設けたエミッタ窓には、低濃度多結晶
シリコンサイドウォールが設けられており、エミッタ窓
および低濃度多結晶シリコンサイドウォールは高濃度多
結晶シリコン層によって被覆されており、ベース領域内
には低濃度シリコンサイドウォールおよび高濃度多結晶
シリコン層から熱拡散した不純物によって形成したLa
terally Graded Emitter(LG
E)構造のエミッタを有することを特徴とするバイポー
ラ型半導体装置であって、酸化物サイドウォールの代わ
りに多結晶シリコンサイドウォールおよび高濃度多結晶
シリコン層を形成させてこれらの不純物を熱拡散するこ
とによって、自己整合された浅い接合を有するバイポー
ラトランジスタを製造し、ホットキャリア効果による劣
化現象を防止するものである。According to the present invention, in a bipolar semiconductor device, a low-concentration polycrystalline silicon sidewall is provided in an emitter window provided in an oxide layer above a base region of an epitaxial layer. The emitter window and the low-concentration polycrystalline silicon side wall are covered with the high-concentration polycrystalline silicon layer, and La formed by the impurities thermally diffused from the low-concentration silicon sidewall and the high-concentration polycrystalline silicon layer in the base region.
tally graded emitter (LG
E) A bipolar semiconductor device having an emitter having a structure, wherein a polycrystalline silicon sidewall and a high-concentration polycrystalline silicon layer are formed instead of the oxide sidewall to thermally diffuse these impurities. As a result, a bipolar transistor having a self-aligned shallow junction is manufactured, and the deterioration phenomenon due to the hot carrier effect is prevented.
【0008】すなわち、所定領域に形成したエミッタ窓
に低濃度多結晶シリコン層を成膜させた後、エミッタ窓
に低濃度多結晶シリコンサイドウォールを形成し、次い
でエミッタ窓および低濃度多結晶シリコンサイドウォー
ルを高濃度多結晶シリコンで被覆し、高濃度多結晶シリ
コン電極を形成するとともに、熱処理によってエミッタ
領域を拡散したものである。That is, a low-concentration polycrystalline silicon layer is formed on the emitter window formed in a predetermined region, a low-concentration polycrystalline silicon sidewall is formed on the emitter window, and then the emitter window and the low-concentration polycrystalline silicon side are formed. The wall is covered with high-concentration polycrystalline silicon to form a high-concentration polycrystalline silicon electrode, and the emitter region is diffused by heat treatment.
【0009】[0009]
【作用】本発明は、エピタキシャル層のベース領域上に
形成した酸化物層の所定領域に形成したエミッタ上に低
濃度多結晶シリコン層を成膜させた後、エッチングによ
ってエミッタ窓に低濃度多結晶シリコンサイドウォール
を形成し、次いでエミッタ窓および低濃度多結晶シリコ
ンサイドウォール上に高濃度多結晶シリコンを成膜し、
高濃度多結晶シリコン電極を形成するとともに、熱処理
によってエミッタ領域に多結晶シリコンの不純物を拡散
したものであり、シリコンサイドウォールの下部にはな
だらかな高電界領域が形成されるので、横方向への電界
強度(lateral field intensit
y)を減少させることができるので、エミッタ−ベース
間に逆バイアスが印加された場合であっても、電流増幅
率等の素子の性能は低下しない。According to the present invention, the low-concentration polycrystalline silicon layer is formed on the emitter formed in a predetermined region of the oxide layer formed on the base region of the epitaxial layer, and then the low-concentration polycrystalline silicon layer is etched in the emitter window. Forming a silicon sidewall, and then forming a high-concentration polycrystalline silicon film on the emitter window and the low-concentration polycrystalline silicon sidewall;
In addition to forming a high-concentration polycrystalline silicon electrode, impurities of polycrystalline silicon are diffused in the emitter region by heat treatment, and a gentle high electric field region is formed under the silicon sidewall. Electric field intensity
Since y) can be reduced, the performance of the device such as the current amplification factor does not deteriorate even when a reverse bias is applied between the emitter and the base.
【0010】[0010]
【実施例】以下に本発明を添付図面を参照して本発明を
更に詳細に説明する。図1は本発明の1実施例のNPN
トランジスタを製造するための製造工程図である。図1
(A)のように、p型半導体基板の上部にn- 型エピタ
キシャル層1を成長させた後、エピタキシャル層1の上
部に熱酸化物層3aを成長させる。エピタキシャル層1
の所定領域に通常のバイポーラトランジスタ製造工程で
行われているようなイオン注入を施した後拡散させて、
p- 型領域2aとp+ 型領域2bからなるp型ベース領
域2を形成する。熱酸化物層3aの上部には600〜8
00nm程度の気相成長酸化物層3bを成長させて酸化
物層3を形成する。The present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an NPN of one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram for manufacturing a transistor. Figure 1
As in (A), after growing the n − type epitaxial layer 1 on the p-type semiconductor substrate, the thermal oxide layer 3 a is grown on the epitaxial layer 1. Epitaxial layer 1
Ion implantation is applied to the prescribed area of the bipolar transistor as in the normal bipolar transistor manufacturing process and then diffused,
The p-type base region 2 including the p − type region 2a and the p + type region 2b is formed. 600-8 on top of the thermal oxide layer 3a
The vapor-grown oxide layer 3b having a thickness of about 00 nm is grown to form the oxide layer 3.
【0011】次いで、図1(B)のように、酸化物層3
の所定領域をエッチングしてp- ベース領域上にエミッ
タ窓4を形成させる。図1(C)のように、n- 多結晶
シリコン層をエミッタ窓に成膜させた後、ドライエッチ
ングを施してエミッタ窓4にn- 多結晶シリコンで形成
されたサイドウォール9を形成させる。図1(D)のよ
うに、n- 多結晶シリコンサイドウォール9が形成され
て狭くなったエミッタ窓4にn+ 多結晶シリコンを成膜
させた後、フォトリソグラフィーによってn+ 多結晶シ
リコン電極10を形成させることにより、p- ベース領
域2aと接触させる。Then, as shown in FIG. 1B, the oxide layer 3 is formed.
Are etched to form an emitter window 4 on the p - base region. As shown in FIG. 1C, after forming an n − polycrystal silicon layer on the emitter window, dry etching is performed to form sidewalls 9 made of n − polycrystal silicon on the emitter window 4. As shown in FIG. 1D, after the n + polycrystalline silicon film is formed on the emitter window 4 narrowed by forming the n − polycrystalline silicon side wall 9, the n + polycrystalline silicon electrode 10 is formed by photolithography. Are formed to contact the p − base region 2a.
【0012】図1(E)のように、急速熱アニーリング
又は通常の熱処理を施すことによってn+ 多結晶シリコ
ン電極10とn- 多結晶シリコンサイドウォール9を拡
散ソースとして、n+ エミッタ領域5をn+ 多結晶シリ
コン層電極10に、n- エミッタ領域5cをn- 多結晶
シリコンサイドウォール9に夫々自己整合させることに
より、p- ベース領域2aにn+ エミッタ領域5bとn
- エミッタ領域5cをそれぞれ拡散させる。この際、n
- 多結晶シリコンサイドウォール9はn+ 多結晶シリコ
ン層電極10によりn+ 多結晶シリコンサイドウォール
でドーピングされて、n+ 多結晶シリコン層電極11が
形成される。As shown in FIG. 1E, the n + polycrystal silicon electrode 10 and the n − polycrystal silicon sidewall 9 are used as diffusion sources to form the n + emitter region 5 by performing rapid thermal annealing or ordinary heat treatment. the n + polysilicon layer electrode 10, n - the emitter region 5c n - by respective self-aligned to the polysilicon sidewalls 9, p - base region 2a n + emitter region 5b and n
- causing the emitter region 5c are diffused respectively. At this time, n
- polycrystalline silicon side wall 9 is doped with n + polysilicon sidewall by n + polysilicon layer electrode 10, n + polysilicon layer electrode 11 is formed.
【0013】その結果、緩やかなエミッタ濃度の傾斜が
形成されるので、ホットキャリアが発生する速度は大幅
に減少するとともに、エミッタエッジ領域の濃度の減少
により、従来のLGE構造のものに比べて耐圧が増加
し、同時にエミッタ−ベース間の接合容量が減少するの
で、遅延時間が小さくなる。As a result, since a gradual slope of the emitter concentration is formed, the speed at which hot carriers are generated is greatly reduced, and the concentration of the emitter edge region is reduced, so that the breakdown voltage is higher than that of the conventional LGE structure. , And at the same time, the junction capacitance between the emitter and the base is reduced, so that the delay time is shortened.
【0014】[0014]
【発明の効果】本発明は多結晶シリコン層によってエミ
ッタを自己整合させたもので、エミッタ接合の深さとエ
ミッタドーピング濃度の横方向のグレーディングを容易
に調整可能とし、ホットキャリア現象を改善することが
できるようになる。更に、n-多結晶シリコンサイドウ
ォールにより有効なエミッタ面積が増加するようになる
ため、論理回路を構成するときには、遅延時間が減少
し、駆動能力が増大する。According to the present invention, the emitter is self-aligned by the polycrystalline silicon layer, and the depth of the emitter junction and the lateral grading of the emitter doping concentration can be easily adjusted to improve the hot carrier phenomenon. become able to. Further, since the effective emitter area is increased by the n − polycrystalline silicon side wall, the delay time is reduced and the driving capability is increased when the logic circuit is constructed.
【図1】本発明に係わるバイポーラ型半導体装置の製造
工程の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a bipolar semiconductor device according to the present invention.
【図2】従来のトランジスターの製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a conventional transistor.
1…n- 型エピタキシャル層、2…p型ベース領域、2
a…p- 型ベース領域、2b…p+ 型ベース領域、3…
酸化物層、3a…熱酸化物層、3b…気相成長酸化物
層、4…エミッタ窓、5…n型エミッタ領域、5a、5
c…n- エミッタ領域、5b…n+ エミッタ領域、6…
酸化物サイドウォール、7、8、10、11…n+ 多結
晶シリコン電極、9…n- 多結晶シリコンサイドウォー
ル1 ... N - type epitaxial layer, 2 ... P-type base region, 2
a ... p - type base region, 2b ... p + type base region, 3 ...
Oxide layer, 3a ... Thermal oxide layer, 3b ... Vapor grown oxide layer, 4 ... Emitter window, 5 ... N-type emitter region, 5a, 5
c ... n - emitter region, 5b ... n + emitter region, 6 ...
Oxide sidewall, 7,8,10,11 ... n + polycrystalline silicon electrode, 9 ... n - polysilicon sidewall
Claims (4)
タキシャル層のベース領域の上部の酸化物層に設けたエ
ミッタ窓に、低濃度多結晶シリコンサイドウォールが設
けられており、エミッタ窓および低濃度多結晶シリコン
サイドウォールは高濃度多結晶シリコン層によって被覆
されており、ベース領域内には低濃度シリコンサイドウ
ォールおよび高濃度多結晶シリコン層から熱拡散した不
純物によって形成したLaterally Grade
d Emitter(LGE)構造のエミッタを有する
ことを特徴とするバイポーラ型半導体装置。1. In a bipolar semiconductor device, a low-concentration polycrystalline silicon sidewall is provided in an emitter window provided in an oxide layer above a base region of an epitaxial layer, and the emitter window and the low-concentration polycrystalline silicon are provided. The sidewall is covered with a high-concentration polycrystalline silicon layer, and in the base region, a laterally grade formed by impurities thermally diffused from the low-concentration silicon sidewall and the high-concentration polycrystalline silicon layer.
A bipolar semiconductor device having an emitter of d emitter (LGE) structure.
該サイドウォールを被覆する高濃度多結晶シリコン層の
高濃度不純物によってドープされていることを特徴とす
る請求項1記載のバイポーラ型半導体装置。2. The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the low-concentration polycrystalline silicon side wall is doped with a high-concentration impurity in the high-concentration polycrystalline silicon layer covering the side wall.
酸化物層をエッチングしてエミッタ窓を形成し、エミッ
タ窓には低濃度の多結晶シリコンを成膜した後にエッチ
ングによって低濃度多結晶シリコンサイドウォールを形
成し、次いで低濃度多結晶シリコンサイドウォールおよ
びエミッタ窓を覆う高濃度多結晶シリコン層を成膜した
後に、熱処理によって低濃度多結晶シリコンサイドウォ
ールおよび高濃度多結晶シリコン層の不純物を拡散して
Laterally Graded Emitter
(LGE)構造のエミッタを形成することを特徴とする
バイポーラ型半導体装置の製造方法。3. The oxide layer above the base region of the epitaxial layer is etched to form an emitter window, and a low-concentration polycrystalline silicon film is formed in the emitter window, and then the low-concentration polycrystalline silicon sidewall is etched. And then a high-concentration polycrystalline silicon layer covering the low-concentration polycrystalline silicon sidewall and the emitter window is formed, and then the impurities of the low-concentration polycrystalline silicon sidewall and the high-concentration polycrystalline silicon layer are diffused by heat treatment. Laterally Graded Emitter
A method for manufacturing a bipolar semiconductor device, which comprises forming an emitter having a (LGE) structure.
該サイドウォールを被覆する高濃度多結晶シリコン層の
高濃度不純物によってドープすることを特徴とする請求
項3記載のバイポーラ型半導体装置の製造方法。4. The method for manufacturing a bipolar semiconductor device according to claim 3, wherein the low-concentration polycrystalline silicon side wall is doped with a high-concentration impurity in the high-concentration polycrystalline silicon layer covering the side wall.
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