JPH07176621A - Semiconductor device and fabrication thereof - Google Patents

Semiconductor device and fabrication thereof

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JPH07176621A
JPH07176621A JP5317852A JP31785293A JPH07176621A JP H07176621 A JPH07176621 A JP H07176621A JP 5317852 A JP5317852 A JP 5317852A JP 31785293 A JP31785293 A JP 31785293A JP H07176621 A JPH07176621 A JP H07176621A
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Japan
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buried layer
type
semiconductor device
layer
type buried
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JP5317852A
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Japanese (ja)
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Hiromi Shimamoto
裕巳 島本
Katsuyoshi Washio
勝由 鷲尾
Yukihiro Onouchi
享裕 尾内
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Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Japan Display Inc
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Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor device comprising high speed npn/pnp transistors formed on one substrate in which the depth of p-type and n-type buried layers from the surface of the substrate is optimized by inhibiting the influence of external diffusion or auto dope of boron during epitaxial growth. CONSTITUTION:The surface of a p-type buried layer 4 is oxidized selectively to segregate borons in the oxide and to lower the concentration of impurity on the surface of the buried layer thus inhibiting the effect of external diffusion or auto dope during epitaxial growth. Furthermore, an n-type impurity layer 5 is formed by ion implantation on an epitaxial layer grown on the n-type buried layer 3 of an npn transistor. Subsequently, a second time epitaxial layer 7 is formed thus obtaining an eptaxial layer structure of desired concentration and thickness which is not subjected to auto doping.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に係り、特にエピタキシャル成長工程で生ずる不純
物の外方拡散やオートドープによる特性劣化を排除し
て、所望するトランジスタの特性に応じて半導体表面か
らの埋込み層の深さを任意に設定した相補型の半導体装
置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and in particular, it eliminates characteristic deterioration due to outdiffusion of impurities and auto-doping that occur during an epitaxial growth process, so that the semiconductor surface can be formed according to desired transistor characteristics. The present invention relates to a complementary semiconductor device in which the depth of the buried layer is arbitrarily set, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、npnトランジスタと縦型pn
pトランジスタとを同一基板上に設けようとする場合、
各トランジスタの埋込みコレクタ層は、導電型がn形の
場合にはアンチモンを、一方p形の場合には硼素をそれ
ぞれ不純物として用いて拡散法により形成する。この種
の相補型トランジスタを同一基板上に形成した半導体装
置の従来例を、図6および図7に示す。図6は、同一基
板上に形成したnpnトランジスタと縦型pnpトラン
ジスタの断面構造の模式図である。また、図7は図6に
示したトランジスタの不純物分布を示す図であり、
(a)は縦型pnpトランジスタ、(b)はnpnトラ
ンジスタのそれぞれ不純物分布図である。図6におい
て、参照符号1はp形シリコン基板を示し、pnpトラ
ンジスタ形成部のp形シリコン基板1にはn形拡散層2
と硼素を不純物としたp形埋込み層4が形成され、np
nトランジスタ形成部のp形シリコン基板1にはアンチ
モンを不純物としたn形埋込み層3が形成されている。
さらに、p形シリコン基板1上にはn形のエピタキシャ
ル層7が形成され、素子分離用の二酸化シリコン9が設
けられる。pnpトランジスタ形成部にはp形拡散層4
a,27とn形拡散層11が形成され、npnトランジ
スタ形成部にはp形拡散層10とn形拡散層3aがそれ
ぞれ形成される。pnp及びnpnトランジスタのそれ
ぞれのエミッタとなるp形拡散層16及びn形拡散層1
5は、二酸化シリコン膜12形成後の所望の除去部分に
それぞれ設けたp型ドープの多結晶シリコン14及びn
型ドープの多結晶シリコン13を介して形成される。更
に、二酸化シリコン膜17形成後に一部を除去して設け
たコンタクト穴にアルミニウム電極18をそれぞれ設
け、ベース、エミッタ、コレクタ配線を形成している。
図7の不純物濃度分布図は、このように形成される縦型
pnpトランジスタ及びnpnトランジスタの、図6上
にそれぞれ示す縦の破線に沿った深さ方向の不純物濃度
分布図である。
2. Description of the Related Art Generally, an npn transistor and a vertical pn transistor are used.
When the p-transistor and the p-transistor are to be provided on the same substrate,
The buried collector layer of each transistor is formed by the diffusion method using antimony as the impurity when the conductivity type is n-type and boron as the impurity when the conductivity type is p-type. A conventional example of a semiconductor device in which this type of complementary transistor is formed on the same substrate is shown in FIGS. FIG. 6 is a schematic diagram of a cross-sectional structure of an npn transistor and a vertical pnp transistor formed on the same substrate. FIG. 7 is a diagram showing the impurity distribution of the transistor shown in FIG.
(A) is an impurity distribution diagram of a vertical pnp transistor, and (b) is an impurity distribution diagram of an npn transistor. In FIG. 6, reference numeral 1 indicates a p-type silicon substrate, and an n-type diffusion layer 2 is formed on the p-type silicon substrate 1 in the pnp transistor formation portion.
And p-type buried layer 4 containing boron as an impurity is formed, and np
An n-type buried layer 3 containing antimony as an impurity is formed on the p-type silicon substrate 1 in the n-transistor forming portion.
Furthermore, an n-type epitaxial layer 7 is formed on the p-type silicon substrate 1, and silicon dioxide 9 for element isolation is provided. A p-type diffusion layer 4 is formed in the pnp transistor formation portion.
a and 27 and the n-type diffusion layer 11 are formed, and the p-type diffusion layer 10 and the n-type diffusion layer 3a are formed in the npn transistor formation portion, respectively. A p-type diffusion layer 16 and an n-type diffusion layer 1 serving as emitters of the pnp and npn transistors, respectively.
Reference numeral 5 denotes p-type doped polycrystalline silicon 14 and n provided in desired portions to be removed after the silicon dioxide film 12 is formed.
It is formed through the type-doped polycrystalline silicon 13. Further, aluminum electrodes 18 are provided in the contact holes formed by removing a part of the silicon dioxide film 17 to form base, emitter, and collector wirings.
The impurity concentration distribution chart of FIG. 7 is an impurity concentration distribution chart of the vertical pnp transistor and the npn transistor thus formed in the depth direction along the vertical broken lines shown in FIG. 6, respectively.

【0003】従来、上記したようにエピタキシャル層7
は、それぞれnpnおよびpnpトランジスタのコレク
タとなる2種類の埋込み層3,4を前記アンチモン及び
硼素不純物の拡散法によりそれぞれ半導体基板中に形成
した後に、エピタキシャル成長を行ない形成していた。
しかし、硼素はアンチモンに比べ拡散係数が10倍以上
も大きいため、図7に示した不純物濃度分布から分かる
ように、各々の埋込み層3,4のエピタキシャル層7側
への湧き上がり(不純物の拡散)に差が生じていた。な
お、このように同一基板上にnpnトランジスタと縦型
pnpトランジスタとを同時に形成した関連技術には、
例えば、IEDM90 のテクニカルダイジェスト、18.5.1〜1
8.5.4, N.Rovedo他の著による“PROCESS DESIGN FOR ME
RGED COMPLEMENTARY BICMOS”が挙げられる。
Conventionally, as described above, the epitaxial layer 7 is formed.
Have formed two types of buried layers 3 and 4 respectively serving as collectors of npn and pnp transistors in a semiconductor substrate by the diffusion method of the antimony and boron impurities, respectively, and then epitaxially growing.
However, since the diffusion coefficient of boron is 10 times or more larger than that of antimony, as can be seen from the impurity concentration distribution shown in FIG. 7, each buried layer 3, 4 rises toward the epitaxial layer 7 side (impurity diffusion). ) Was different. In addition, in the related art in which the npn transistor and the vertical pnp transistor are simultaneously formed on the same substrate as described above,
For example, IEDM90 technical digest, 18.5.1-1.
8.5.4, “PROCESS DESIGN FOR ME” by N. Rovedo et al.
RGED COMPLEMENTARY BICMOS ”.

【0004】ところで、同一基板上にnpnトランジス
タとpnpトランジスタとを同時に形成した相補型半導
体素子を用いた回路は、そのいずれか一方のトランジス
タを用いた場合に比べ、低い消費電力で高速な動作が可
能である。しかし、その性能を充分に発揮させるために
は、npnトランジスタとほぼ同等の高速性能を有する
縦型pnpトランジスタが必要不可欠である。この超高
速の縦型pnpトランジスタを実現するには、低いシー
ト抵抗、例えば50Ω/□以下程度のp形埋込み層を形
成する必要がある。また、安定な直流動作を得るために
は、良好な耐圧を得る必要があり、低いシート抵抗と耐
圧の両者を満足する最適なp形埋込み層の不純物濃度分
布を得ることが重要である。
By the way, a circuit using a complementary semiconductor element in which an npn transistor and a pnp transistor are formed on the same substrate at the same time consumes less power and operates at a higher speed than a circuit using either one of the transistors. It is possible. However, in order to fully exhibit its performance, a vertical pnp transistor having a high-speed performance almost equal to that of the npn transistor is indispensable. In order to realize this ultra-high speed vertical pnp transistor, it is necessary to form a p-type buried layer having a low sheet resistance, for example, about 50Ω / □ or less. Further, in order to obtain stable DC operation, it is necessary to obtain a good breakdown voltage, and it is important to obtain an optimum impurity concentration distribution of the p-type buried layer that satisfies both low sheet resistance and breakdown voltage.

【0005】しかしながら従来の製造方法では、p形埋
込み層4のシート抵抗をn形埋込み層3(30〜50Ω
/□)と同程度とするために、p形埋込み層4の不純物
濃度を充分に高く設定すると、p型埋込み層4の基板表
面からの深さがn形埋込み層3に比べて浅くなる。これ
は、両埋込み層3,4の不純物(p形埋込み層:硼素,n
形埋込み層:アンチモン)の拡散係数に差があるからであ
る。このため、図8の(a)の不純物分布図に示すよう
に、半導体表面から埋込み層までの深さをnpnトラン
ジスタに最適化すると、pnpトランジスタの半導体表
面からp形埋込み層4までの深さがnpnトランジスタ
に比べて浅くなり耐圧の低下等の特性劣化を生じ、最悪
の場合にはトランジスタ動作が不可能となる。逆に、低
濃度コレクタ層の厚さをpnpトランジスタに合わせて
設計しエピタキシャル層7を厚くすると、npnトラン
ジスタの高周波特性が低下する等の問題が生ずる。これ
に対して、図8の(b)の不純物分布図に示すように、
両埋込み層3,4の基板表面からの深さを同程度とする
ために、p形埋込み層4の不純物濃度を低下する方法が
挙げられる。しかし、この方法ではキャリアの移動度の
差とも相俟って、コレクタ抵抗の極端な増大を招いてし
まう。この様に、従来は半導体表面から埋込み層までの
深さを、いずれか一方のトランジスタに最適化すると他
方のトランジスタ特性が低下するという問題が生じてい
た。
However, in the conventional manufacturing method, the sheet resistance of the p-type buried layer 4 is set to the n-type buried layer 3 (30 to 50Ω).
If the impurity concentration of the p-type buried layer 4 is set to be sufficiently high in order to obtain the same level as //), the depth of the p-type buried layer 4 from the substrate surface becomes shallower than that of the n-type buried layer 3. This is due to impurities in both buried layers 3 and 4 (p-type buried layer: boron, n
This is because there is a difference in the diffusion coefficient of the embedded layer (antimony). Therefore, as shown in the impurity distribution diagram of FIG. 8A, when the depth from the semiconductor surface to the buried layer is optimized for the npn transistor, the depth from the semiconductor surface of the pnp transistor to the p-type buried layer 4 is increased. Becomes shallower than that of the npn transistor, resulting in deterioration of characteristics such as reduction of breakdown voltage, and in the worst case, transistor operation becomes impossible. On the contrary, when the thickness of the low concentration collector layer is designed according to the pnp transistor and the epitaxial layer 7 is thickened, there arises a problem that the high frequency characteristics of the npn transistor are deteriorated. On the other hand, as shown in the impurity distribution diagram of FIG.
In order to make the depths of both the buried layers 3 and 4 from the surface of the substrate similar, there is a method of reducing the impurity concentration of the p-type buried layer 4. However, this method causes an extreme increase in collector resistance in combination with a difference in carrier mobility. As described above, conventionally, when the depth from the surface of the semiconductor to the buried layer is optimized for one of the transistors, the characteristic of the other transistor is deteriorated.

【0006】また、p形埋込み層4の硼素濃度を増加す
ると、エピタキシャル成長工程で硼素の外方拡散やオー
トドープが生じ、他の素子の特性が変動する原因となる
という問題も起こる。なお、オートドープとは、高濃度
基板上に低濃度のエピタキシャル層を成長する場合に、
基板内の不純物がエピタキシャル成長中に混入しエピタ
キシャル層の抵抗を低下させる現象である。このオート
ドープによるエピタキシャル層への硼素の再分布は、p
形埋込み層上のみならずp形埋込み層の無い領域にまで
拡がる。図4の(a),(b)に部分的にp形埋込み層を
形成したn形ウェハ上に、低濃度のn形エピタキシャル
層を形成した後の不純物濃度分布の測定結果を示す。図
4の(a)はp形埋込み層を設けた領域の不純物分布であ
り、図4の(b)はp形埋込み層を設けない領域の不純物
濃度分布である。p形埋込み層の不純物に用いた硼素の
外方拡散とオートドープの影響で、p形埋込み層を設け
ない領域でもエピタキシャル層の導電型がn形からp形
に反転していることが分かる。
Further, when the boron concentration of the p-type buried layer 4 is increased, there arises a problem that outdiffusion of boron and autodoping occur in the epitaxial growth process, which causes a change in characteristics of other elements. Note that autodoping means that when a low-concentration epitaxial layer is grown on a high-concentration substrate,
This is a phenomenon in which impurities in the substrate mix during the epitaxial growth and reduce the resistance of the epitaxial layer. The redistribution of boron into the epitaxial layer by this autodoping is p
It spreads not only on the buried layer but also on the region without the buried layer. FIGS. 4A and 4B show measurement results of the impurity concentration distribution after forming a low concentration n-type epitaxial layer on an n-type wafer in which a p-type buried layer is partially formed. 4A shows the impurity distribution in the region where the p-type buried layer is provided, and FIG. 4B shows the impurity concentration distribution in the region where the p-type buried layer is not provided. It can be seen that the conductivity type of the epitaxial layer is inverted from n-type to p-type even in the region where the p-type buried layer is not provided due to the effect of outdiffusion of boron used as an impurity of the p-type buried layer and autodoping.

【0007】このようなオートドープを低減するには、
不純物をエピタキシャル成長の装置室内の雰囲気中に飛
び出しにくくするか、或いは飛び出した原子をすばやく
除去すればよく、前者にはエピタキシャル層のステップ
成長(同一バッチ内で時間的に間隔を置いて成長する方
法)や低温成長、後者の手段としては減圧成長が挙げら
れる。しかし、これらのオートドープに対する温度や圧
力の影響は、ドーパントによって大きく異なり、砒素や
燐では高温低圧の方が、硼素は低温高圧の方がオートド
ープが少ない。このため、両導電形の埋込み層を形成し
た場合、エピタキシャル成長条件の変更によってオート
ドープを低減することは困難である。
To reduce such autodoping,
Impurities can be prevented from jumping out into the atmosphere in the equipment chamber of the epitaxial growth, or the jumping out atoms can be quickly removed.For the former, step growth of the epitaxial layer (method of growing at intervals in the same batch) Low temperature growth, and the latter means include reduced pressure growth. However, the influence of temperature and pressure on these autodopes greatly differs depending on the dopant, and arsenic and phosphorus have less autodoping at high temperature and low pressure, and boron at low temperature and high pressure. Therefore, when a buried layer of both conductivity types is formed, it is difficult to reduce autodoping by changing the epitaxial growth conditions.

【0008】この他のオートドープ低減策としては、埋
込み層の不純物の添加にイオン打込み法を用いることが
挙げられる。これは、MeV級の高加速エネルギーを用
いて硼素をシリコン基板中に深く打込む方法であり、エ
ピタキシャル層の成長後にもp形埋込み層を形成するこ
とができる。しかし、この方法ではシート抵抗を低減
(例えば50Ω/□以下)するためにドーズ量を増加(例
えば1015/cm2)すると、イオン打ち込み時にシリコ
ン基板中に多量の欠陥が生じてしまう。この欠陥の回復
には高温(1000℃以上)で長時間の熱処理が必要であ
り、この熱処理は接合深さの増加を招き微細化の妨げと
なる。更に、高温の熱処理を行なっても結晶欠陥は完全
には回復せず、残留した転位が活性領域にまで伸びトラ
ンジスタの動作不良を生ずる可能性もある。
Another auto-doping reduction method is to use an ion implantation method for adding impurities to the buried layer. This is a method of implanting boron deeply into a silicon substrate using high acceleration energy of MeV class, and a p-type buried layer can be formed even after the growth of the epitaxial layer. However, this method reduces the sheet resistance
If the dose amount is increased (for example, 10 15 / cm 2 ) to achieve (for example, 50 Ω / □ or less), a large number of defects will occur in the silicon substrate during ion implantation. In order to recover this defect, a heat treatment at a high temperature (1000 ° C. or higher) for a long time is required, and this heat treatment causes an increase in the junction depth and hinders miniaturization. Furthermore, even if high-temperature heat treatment is performed, crystal defects are not completely recovered, and residual dislocations may extend to the active region and cause malfunction of the transistor.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エピ
タキシャル成長工程で生ずる外方拡散やオートドープに
よる素子特性変動を抑え、かつコレクタに用いる高濃度
の不純物埋込み層の半導体表面からの深さをトランジス
タ特性に応じて最適化し、高性能な相補型の半導体装置
及びその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to suppress variations in device characteristics due to outdiffusion and autodoping that occur during the epitaxial growth process, and to control the depth of the high-concentration impurity-buried layer used for the collector from the semiconductor surface. An object of the present invention is to provide a high-performance complementary semiconductor device optimized according to transistor characteristics and a manufacturing method thereof.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に係る半
導体装置は、同一半導体基板上に、p形とn形の2種類
の導電形の埋込み層を有する半導体装置において、基板
表面からの深さが等しいp形埋込み層及びn形埋込み層
を少なくとも有し、かつ、p形埋込み層及びn形埋込み
層のピーク不純物濃度が等しいことを特徴とする。この
ような基板表面からの深さが等しくかつピーク不純物濃
度が等しい埋込み層を有する構造部分に、縦型pnpト
ランジスタ及びnpnトランジスタをそれぞれ形成すれ
ば、p形埋込み層及びn形埋込み層のシート抵抗は同程
度に低抵抗であり、かつ、残りエピタキシャル層厚さが
略同一であるから、縦型pnpトランジスタの特性をn
pnトランジスタの特性と同程度に高速にすることがで
きる。また、同一半導体装置上の基板表面からの深さが
異なりかつピーク不純物濃度が等しい埋込み層を有する
構造部分は、埋込み層のシート抵抗が同程度にもかかわ
らず、残りエピタキシャル層厚さが異なるので種々の耐
圧及び周波数特性を有する縦型pnpトランジスタやn
pnトランジスタを自由に構成することができる。
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having buried layers of two types of conductivity types, p type and n type, on the same semiconductor substrate. Of the p-type buried layer and the n-type buried layer, and the peak impurity concentrations of the p-type buried layer and the n-type buried layer are equal. If the vertical pnp transistor and the npn transistor are respectively formed in the structure portion having the buried layer having the same depth from the substrate surface and the same peak impurity concentration, the sheet resistance of the p-type buried layer and the n-type buried layer is reduced. Have the same low resistance, and the remaining epitaxial layer thicknesses are substantially the same, the characteristics of the vertical pnp transistor are
The speed can be made as high as the characteristics of the pn transistor. Further, in the structure portion having the buried layer having different depths from the substrate surface on the same semiconductor device and the same peak impurity concentration, the remaining epitaxial layer thickness is different even though the buried layer has the same sheet resistance. Vertical pnp transistors and n having various withstand voltage and frequency characteristics
The pn transistor can be freely configured.

【0011】上記半導体装置において、p形埋込み層が
基板とpn接合分離されている部分に、縦型pnpトラ
ンジスタを構成すれば回路設計上の自由度が向上し、p
形埋込み層が基板とpn接合分離されていない部分に縦
型pnpトランジスタを構成すれば、コレクタ接地の高
速pnpトランジスタとして動作する。
In the above semiconductor device, if a vertical pnp transistor is formed in a portion where the p-type buried layer is separated from the substrate by a pn junction, the degree of freedom in circuit design is improved.
If a vertical pnp transistor is formed in a portion where the buried layer is not separated from the substrate by a pn junction, it operates as a collector-grounded high-speed pnp transistor.

【0012】また、pMOSおよびnMOSを、それぞ
れバイポーラ・トランジスタ部より残りエピタキシャル
層が厚いp形埋込み層およびn形埋込み層上に形成する
ことができるので、MOS部の性能を劣化させずにラッ
チアップ耐性の向上したBiCMOSを構成することが
できる。
Further, since the pMOS and the nMOS can be formed on the p-type buried layer and the n-type buried layer in which the remaining epitaxial layers are thicker than those of the bipolar transistor section, respectively, latch-up can be performed without degrading the performance of the MOS section. It is possible to construct a BiCMOS with improved durability.

【0013】p形埋込み層上のみ選択酸化或いはCVD
酸化膜を堆積して熱処理を行うことにより、p形埋込み
層の表面濃度を3×1019/cm3以下に低減する。こ
の後にエピタキシャル成長を行うので、エピタキシャル
成長時の外方拡散やオートドープの影響を少なくでき
る。このエピタキシャル層上に埋込み層と同一の導電形
のイオン打ち込みを行うことにより、オートドープによ
る影響を補償して、所望の埋込み層の湧き上がり部分の
不純物分布を形成することができるので、高濃度の不純
物埋込み層の深さを、npnトランジスタと縦型pnp
トランジスタの各々について最適化できる。
Selective oxidation or CVD only on the p-type buried layer
By depositing an oxide film and performing heat treatment, the surface concentration of the p-type buried layer is reduced to 3 × 10 19 / cm 3 or less. Since epitaxial growth is performed after this, the influence of outward diffusion and autodoping during epitaxial growth can be reduced. By implanting ions of the same conductivity type as the buried layer on this epitaxial layer, it is possible to compensate for the effect of autodoping and form the desired impurity distribution in the well portion of the buried layer. The depth of the impurity buried layer of the npn transistor and the vertical pnp
It can be optimized for each of the transistors.

【0014】また、エピタキシャル成長を2回以上に分
けて行なう方法では、コレクタに用いる高濃度の不純物
層の深さを、npnトランジスタとpnpトランジスタ
の各々について最適化でき、更に個々のトランジスタに
ついても不純物層の深さを変化できるため、同一ウェハ
内に耐圧や周波数特性の異なるトランジスタを容易に作
成できる。また、エピタキシャル層成長時に不純物の外
方拡散やオートドープが生じても、素子の特性変動や劣
化を防止できる。
Further, in the method of performing the epitaxial growth in two or more steps, the depth of the high-concentration impurity layer used for the collector can be optimized for each of the npn transistor and the pnp transistor, and the impurity layer for each individual transistor can be further optimized. Since the depth of can be changed, transistors with different withstand voltage and frequency characteristics can be easily formed in the same wafer. Further, even if outdiffusion of impurities or auto-doping occurs during the growth of the epitaxial layer, it is possible to prevent characteristic changes and deterioration of the device.

【0015】[0015]

【実施例】【Example】

<実施例1>図1に本発明に係る半導体装置の一実施例
を示す相補型バイポーラ・トランジスタの断面構造を示
し、図2の(a),(b)にトランジスタの不純物分布
を模式的に示す。ここで、図2の(a)は図1のpnp
トランジスタに破線で示した部分の深さ方向の不純物分
布図であり、図2の(b)は図1のnpnトランジスタ
に同様に破線で示した部分の深さ方向の不純物分布図で
ある。なお、図6の従来例で示した構成部分と同一構成
部分については、説明の便宜上、同一の参照符号を付し
てその詳細な説明は省略する。すなわち、図1において
同一シリコン基板上に形成したpnpトランジスタの表
面がnpnトランジスタよりもわずかに低くなっている
点が図6の従来構造と相違し、図2の不純物濃度分布か
ら分かるように、npnトランジスタ及びpnpトラン
ジスタの埋込み層3,4から表面に向かう不純物濃度分
布が図7の従来例と相違して両トランジスタで略等しい
構造となっている。
<Embodiment 1> FIG. 1 shows a sectional structure of a complementary bipolar transistor showing one embodiment of a semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2A and 2B schematically show the impurity distribution of the transistor. Show. Here, (a) of FIG. 2 is pnp of FIG.
FIG. 3 is an impurity distribution diagram in the depth direction of a portion indicated by a broken line in the transistor, and FIG. 2B is an impurity distribution diagram in the depth direction of a portion indicated by a broken line in the npn transistor of FIG. For convenience of explanation, the same components as those shown in the conventional example of FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in FIG. 1, the surface of the pnp transistor formed on the same silicon substrate is slightly lower than that of the npn transistor, which is different from the conventional structure of FIG. 6, and as can be seen from the impurity concentration distribution of FIG. The impurity concentration distribution from the buried layers 3 and 4 of the transistor and the pnp transistor toward the surface is substantially the same in both transistors, unlike the conventional example of FIG.

【0016】以下、この本発明に係る半導体装置の製造
方法を図9〜図17を用いて、それぞれ下記の(1)〜
(9)において順に説明する。ここで、図9〜図17は
本実施例による半導体装置の製造工程を順に示した断面
構造図であり、図1の断面構造となる前までの構造を示
している。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
It will be described in order in (9). Here, FIGS. 9 to 17 are sectional structural views sequentially showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment, and show the structure before the sectional structure of FIG.

【0017】(1)図9を参照して;まず、シリコン基
板1としてp形シリコン基板を用いる。シリコン基板1
の所望部分にn形不純物である砒素あるいは燐をドーピ
ングし、熱処理を行ないn形拡散層2を形成する。
(1) Referring to FIG. 9, first, a p-type silicon substrate is used as the silicon substrate 1. Silicon substrate 1
Is doped with arsenic or phosphorus, which is an n-type impurity, and heat-treated to form an n-type diffusion layer 2.

【0018】(2)図10を参照して;その後、シリコ
ン基板1の表面に窒化シリコン膜(不図示)を形成し、
周知のホトエッチング技術を用いて所望部分をパターン
ニングする。次に、n形不純物であるアンチモンを拡散
法によりドーピングして、埋込み層となるn形拡散層
(以下、n形埋込み層と称する。)3を形成する。一旦
窒化シリコン膜を除去し、再度シリコン基板1の表面全
体に窒化シリコン膜22を形成する。この窒化シリコン
膜22の所望部分をホトエッチング技術によりパターン
ニングした後、硼素を、例えば950℃,180分の条
件で拡散法によりドーピングして埋込み層となるp形拡
散層(以下、p形埋込み層と称する。)4をn形拡散層
2の内側に形成する。このように形成することにより、
p形埋込み層4をシリコン基板1からpn接合分離する
ことができる。
(2) Referring to FIG. 10, after that, a silicon nitride film (not shown) is formed on the surface of the silicon substrate 1,
The desired portion is patterned using the well-known photo etching technique. Then, antimony, which is an n-type impurity, is doped by a diffusion method to form an n-type diffusion layer 3 (hereinafter, referred to as an n-type buried layer) 3 serving as a buried layer. The silicon nitride film is once removed, and the silicon nitride film 22 is formed again on the entire surface of the silicon substrate 1. After patterning a desired portion of the silicon nitride film 22 by a photo-etching technique, boron is doped by a diffusion method under the condition of 950 ° C. for 180 minutes to form a p-type diffusion layer (hereinafter referred to as p-type buried layer). 4) is formed inside the n-type diffusion layer 2. By forming in this way,
The p-type buried layer 4 can be separated from the silicon substrate 1 by a pn junction.

【0019】(3)図11を参照して;次に、この窒化
シリコン膜22をマスクにして、例えば900℃,90
分の条件で水蒸気酸化を行い、p形埋込み層4の表面だ
け選択的に0.2〜0.3μmの二酸化シリコン膜(以
下、酸化膜と称する)23を形成する。この選択酸化に
より、硼素は酸化膜23中に偏析し、p形埋込み層4の
表面の硼素濃度は低下する。このとき、p形埋込み層4
の表面の硼素濃度が、3×1019/cm3以下となるよ
うにする。
(3) Referring to FIG. 11, then, using this silicon nitride film 22 as a mask, for example, 900 ° C., 90 ° C.
Then, steam oxidation is performed under the condition of minutes to selectively form a silicon dioxide film (hereinafter referred to as an oxide film) 23 having a thickness of 0.2 to 0.3 μm only on the surface of the p-type buried layer 4. By this selective oxidation, boron is segregated in the oxide film 23, and the boron concentration on the surface of the p-type buried layer 4 is lowered. At this time, the p-type buried layer 4
The boron concentration on the surface of is set to 3 × 10 19 / cm 3 or less.

【0020】この硼素濃度の値について説明する。np
nトランジスタなどの素子特性に硼素不純物のオートド
ープが影響を及ぼさないようにするためには、後述する
n形イオン打込みによって補償できる濃度以下、すなわ
ちオートドープ層のp形不純物濃度を約1×1016/c
3以下にする必要がある。エピタキシャル成長前のp
形埋込み層4の硼素表面濃度とエピタキシャル層中の硼
素濃度とは、図5に示すように強く依存している。この
ことから、オートドープ層の硼素濃度を低下させるに
は、エピタキシャル成長前のp形埋込み層4の硼素表面
濃度を低減しておく必要がある。なお、図5は、エピタ
キシャル成長前のp形埋込み層の硼素表面濃度と、エピ
タキシャル成長後のp形埋込み層4の無い領域のエピタ
キシャル層に生じたオートドープ層の硼素濃度との関係
を実験的に求めた特性線図である。従って、図5の関係
より、オートドープ層の硼素濃度を1×1016/cm3
以下にするには、エピタキシャル成長前のp形埋込み層
4の表面濃度を上記したように約3×1019/cm3
下とすればよいことが分かる。
The value of the boron concentration will be described. np
In order to prevent the auto-doping of boron impurities from affecting the device characteristics of the n-transistor or the like, the concentration is not more than the concentration that can be compensated by the n-type ion implantation described later, that is, the p-type impurity concentration of the auto-doped layer is about 1 × 10. 16 / c
It must be less than m 3 . P before epitaxial growth
The boron surface concentration of the buried layer 4 and the boron concentration of the epitaxial layer strongly depend on each other as shown in FIG. From this, in order to reduce the boron concentration of the auto-doped layer, it is necessary to reduce the boron surface concentration of the p-type buried layer 4 before the epitaxial growth. In FIG. 5, the relationship between the boron surface concentration of the p-type buried layer before the epitaxial growth and the boron concentration of the auto-doped layer formed in the epitaxial layer in the region without the p-type buried layer 4 after the epitaxial growth was experimentally obtained. FIG. Therefore, from the relationship of FIG. 5, the boron concentration of the auto-doped layer is 1 × 10 16 / cm 3.
It is understood that the surface concentration of the p-type buried layer 4 before the epitaxial growth should be set to about 3 × 10 19 / cm 3 or less, as described above, in order to make it below.

【0021】(4)図12を参照して;窒化シリコン膜
22を除去した後に、基板表面の酸化膜23の除去と洗
浄を行う。これにより、酸化膜23が除去された部分は
表面が0.1〜0.2μm程度低くなる。次に、エピタ
キシャル成長技術を用い、例えば1×1015/cm3
度の不純物濃度で、厚さが0.2μm程度のn形のエピ
タキシャル層6を形成する。このとき、不純物の拡散係
数はアンチモンに対して硼素の方が大きいため、エピタ
キシャル成長時におけるp形埋込み層4のエピタキシャ
ル層6中への湧き上がりは、n形埋込み層3に比べて大
きい。すなわち、n形埋込み層3とp形埋込み層4では
不純物の拡散係数が異なるため、エピタキシャル成長後
のそれぞれの埋込み層3,4の湧き上がりに差が生じ
る。また、同時に、外方拡散やオートドープによりp形
埋込み層4の上部以外のエピタキシャル層6にも硼素が
混入する。
(4) Referring to FIG. 12, after removing the silicon nitride film 22, the oxide film 23 on the substrate surface is removed and washed. As a result, the surface of the portion where the oxide film 23 is removed is lowered by about 0.1 to 0.2 μm. Next, an epitaxial growth technique is used to form an n-type epitaxial layer 6 having an impurity concentration of, for example, about 1 × 10 15 / cm 3 and a thickness of about 0.2 μm. At this time, since the diffusion coefficient of impurities is larger in boron than in antimony, the amount of the p-type buried layer 4 rising into the epitaxial layer 6 during the epitaxial growth is larger than that in the n-type buried layer 3. That is, since the n-type buried layer 3 and the p-type buried layer 4 have different diffusion coefficients of impurities, there is a difference in the rising of the respective buried layers 3 and 4 after the epitaxial growth. At the same time, boron is also mixed into the epitaxial layer 6 other than the upper portion of the p-type buried layer 4 by outward diffusion or autodoping.

【0022】(5)図13を参照して;この硼素の湧き
上がりと外方拡散やオートドープによる影響を排除する
ために、n形埋込み層3上部のエピタキシャル層6中に
燐,砒素もしくはアンチモンをイオン打ち込みし、熱処
理してn形拡散層5を形成する。ここでは、例えば燐イ
オンを50keV,5×1012/cm3の条件でイオン
打ち込みする。このイオン打ち込みは、n形埋込み層3
の基板表面からの深さを任意に形成するため、および外
方拡散やオートドープによるシリコン基板1とエピタキ
シャル層6界面との不純物濃度の変動を補償するために
行う。図3の(a)に示すように、このイオン打ち込み
は不純物ピークを表面から深い位置にし、かつ、表面の
不純物濃度が高くならないようにする。
(5) Referring to FIG. 13, in order to eliminate the effects of the upwelling of boron, outdiffusion and autodoping, phosphorus, arsenic or antimony is provided in the epitaxial layer 6 above the n-type buried layer 3. Are ion-implanted and heat-treated to form the n-type diffusion layer 5. Here, for example, phosphorus ions are implanted under the conditions of 50 keV and 5 × 10 12 / cm 3 . This ion implantation is performed by the n-type buried layer 3
In order to form an arbitrary depth from the substrate surface and to compensate the fluctuation of the impurity concentration at the interface between the silicon substrate 1 and the epitaxial layer 6 due to outward diffusion or autodoping. As shown in FIG. 3A, this ion implantation makes the impurity peak deeper than the surface and prevents the impurity concentration on the surface from becoming high.

【0023】(6)図14を参照して;次に、基板表面
の洗浄後、再度、エピタキシャル成長を行ない低濃度の
n形の不純物を含むエピタキシャル層、例えば1×10
15/cm3程度の不純物濃度の、厚さが0.4μm程度
のエピタキシャル層7を形成する。p形埋込み層4から
の湧き上がりによる硼素の表面濃度は、第1回目のエピ
タキシャル成長時のp形埋込み層4の表面濃度に比べて
低いため、この2回目のエピタキシャル成長時の硼素不
純物の外方拡散やオートドープは抑制できる。従って、
図3の(b)に示すように、2回目エピタキシャル成長
後の残エピタキシャル層厚さは、p形埋込み層上もn形
埋込み層上も略同一の厚さが得られる。ここで、エピタ
キシャル成長はシリコン堆積ガスを制御して、ステップ
成長(同一バッチ内で時間的に間隔を置いて成長)させる
ことにより、上述の外方拡散やオートドープの低減が、
更に効果的となることは勿論である。この後、ホトレジ
ストをマスクにしてp形埋込み層4上部のエピタキシャ
ル層7中に、硼素を例えば60keV,5×1012/c
2の条件でイオン打ち込みし、レジスト除去後、熱処
理を行ってp形埋込み層4とエピタキシャル層7との界
面近傍にp形拡散層27を形成する。図2の(a)の不
純物分布から分かるように、このp形拡散層27を形成
する目的は、pnpトランジスタのコレクタとなるp形
低濃度層の不純物及び深さを所望の値に制御して、p形
埋込み層4の湧き上がりのバラツキによるコレクタ抵抗
のバラツキを抑えて安定した素子特性を得るためであ
る。
(6) Referring to FIG. 14, next, after cleaning the surface of the substrate, epitaxial growth is performed again, and an epitaxial layer containing a low concentration of n-type impurities, for example, 1 × 10 5.
An epitaxial layer 7 having an impurity concentration of about 15 / cm 3 and a thickness of about 0.4 μm is formed. Since the surface concentration of boron due to the upwelling from the p-type buried layer 4 is lower than the surface concentration of the p-type buried layer 4 during the first epitaxial growth, the outward diffusion of boron impurities during the second epitaxial growth is performed. And autodoping can be suppressed. Therefore,
As shown in FIG. 3B, the thickness of the remaining epitaxial layer after the second epitaxial growth is substantially the same on both the p-type buried layer and the n-type buried layer. Here, in the epitaxial growth, by controlling the silicon deposition gas and performing step growth (grow at time intervals in the same batch), the above-mentioned outdiffusion and reduction of autodoping,
Of course, it will be more effective. After that, boron is added to the epitaxial layer 7 above the p-type buried layer 4 by using, for example, 60 keV, 5 × 10 12 / c using the photoresist as a mask.
Ion implantation is performed under the condition of m 2 , and after removing the resist, heat treatment is performed to form a p-type diffusion layer 27 in the vicinity of the interface between the p-type buried layer 4 and the epitaxial layer 7. As can be seen from the impurity distribution of FIG. 2A, the purpose of forming the p-type diffusion layer 27 is to control the impurities and the depth of the p-type low concentration layer which is the collector of the pnp transistor to desired values. This is to suppress variations in collector resistance due to variations in the rising of the p-type buried layer 4 and obtain stable device characteristics.

【0024】(7)図15を参照して;一般的な選択酸
化法を用いて、上記エピタキシャル層7の表面の一部に
二酸化シリコン9を形成する。この二酸化シリコン9
は、素子間分離及びコレクタ−ベース間分離等に使用さ
れる。この後、ホトレジストをマスクにイオン打ち込み
技術を用いて硼素をドーピングしp形拡散層10及び4
aを形成し、燐または砒素をドーピングしn形拡散層1
1及び3aを形成する。この後、基板表面に酸化膜12
を形成する。
(7) Referring to FIG. 15, silicon dioxide 9 is formed on a part of the surface of the epitaxial layer 7 by using a general selective oxidation method. This silicon dioxide 9
Is used for element isolation and collector-base isolation. Then, using the photoresist as a mask, boron is doped using an ion implantation technique to p-type diffusion layers 10 and 4.
n-type diffusion layer 1 formed with a and doped with phosphorus or arsenic
1 and 3a are formed. After that, the oxide film 12 is formed on the substrate surface.
To form.

【0025】(8)図16を参照して;次に、ホトエッ
チング技術を用いて酸化膜12の所望部分をエッチング
し、コンタクト孔を形成する。基板表面に多結晶シリコ
ンを形成した後、ホトエッチング技術によりパターンニ
ングして、前記コンタクト孔を覆うように多結晶シリコ
ン13及び14を形成する。
(8) Referring to FIG. 16, a desired portion of the oxide film 12 is etched by using a photoetching technique to form a contact hole. After forming polycrystalline silicon on the surface of the substrate, patterning is performed by a photoetching technique to form polycrystalline silicon 13 and 14 so as to cover the contact holes.

【0026】(9)図17を参照して;この後、ホトレ
ジストをマスクにして、上記多結晶シリコン13に燐ま
たは砒素を、多結晶シリコン14に硼素をイオン打込み
し、次いでホトレジスト除去後に熱処理を行なってn形
拡散層15及びp形拡散層16を形成する。その後、基
板表面に酸化膜17を設け、ホトエッチング技術を用い
て所要個所にコンタクト孔を形成する。
(9) Referring to FIG. 17, thereafter, using the photoresist as a mask, the polycrystalline silicon 13 is ion-implanted with phosphorus or arsenic, and the polycrystalline silicon 14 is ion-implanted. Then, the photoresist is removed and heat treatment is performed. Then, the n-type diffusion layer 15 and the p-type diffusion layer 16 are formed. After that, an oxide film 17 is provided on the surface of the substrate, and a contact hole is formed at a required place by using a photoetching technique.

【0027】以上の工程を経た後、アルミニウム電極を
形成すれば、外方拡散やオートドーピによる素子特性劣
化を防止し、かつコレクタに用いる不純物層の半導体表
面からの深さを、トランジスタ毎に最適化した図1に示
す相補型の半導体装置が実現する。
If aluminum electrodes are formed after the above steps, deterioration of device characteristics due to outdiffusion or auto-dop is prevented, and the depth of the impurity layer used for the collector from the semiconductor surface is optimized for each transistor. The complementary semiconductor device shown in FIG. 1 is realized.

【0028】このように、本発明の半導体装置では、n
形及びp形の両埋込み層3,4を形成した後に、p形埋
込み層4の表面を、選択酸化する。この熱処理により、
酸化膜中に硼素を偏析させてp形埋込み層4の表面の不
純物濃度を低減し、エピタキシャル成長工程で生じる不
純物の外方拡散やオートドープの低減を図っている。ま
た、エピタキシャル成長を2回以上に分けて行なうこと
と、1回目のエピタキシャル成長後に少なくともいずれ
か一方のトランジスタの埋込み層上部にイオン打ち込み
による不純物注入を行なうことで素子特性の変動を無く
している。即ち、1回目のエピタキシャル層成長で高濃
度の不純物層を基板内に埋め込み、基板表面の不純物濃
度を低下させ、その後のエピタキシャル層成長工程での
不純物の外方拡散やオートドープを防止する。さらに、
埋込み層の基板表面からの深さを任意に形成するため
と、外方拡散やオートドープによる基板−エピタキシャ
ル成長層界面の不純物濃度の変動を補償するために、埋
込み層上のエピタキシャル層7中にイオン打ち込みによ
る不純物注入を行なっている。さらに、1回目と2回目
以降のエピタキシャル層の厚さと1回目のエピタキシャ
ル成長後のイオン打ち込み条件を最適化することで、コ
レクタに用いる不純物層の深さをn形とp形とで略同一
にできるので、高速な縦型pnpトランジスタを共存さ
せた高性能な相補型半導体装置を実現することができ
る。
As described above, in the semiconductor device of the present invention, n
After forming both the p-type and p-type buried layers 3 and 4, the surface of the p-type buried layer 4 is selectively oxidized. By this heat treatment,
Boron is segregated in the oxide film to reduce the impurity concentration on the surface of the p-type buried layer 4 so as to reduce outward diffusion and autodoping of impurities generated in the epitaxial growth process. Further, fluctuations in device characteristics are eliminated by performing the epitaxial growth in two or more times and performing impurity implantation by ion implantation in the upper part of the buried layer of at least one of the transistors after the first epitaxial growth. That is, a high-concentration impurity layer is embedded in the substrate in the first epitaxial layer growth, the impurity concentration on the substrate surface is lowered, and outward diffusion and autodoping of impurities in the subsequent epitaxial layer growth step are prevented. further,
In order to arbitrarily form the depth of the buried layer from the substrate surface and to compensate the fluctuation of the impurity concentration at the substrate-epitaxial growth layer interface due to the out-diffusion or auto-doping, ions are formed in the epitaxial layer 7 on the buried layer. Impurity implantation is performed by implantation. Further, by optimizing the thickness of the first and second and subsequent epitaxial layers and the ion implantation conditions after the first epitaxial growth, the depth of the impurity layer used for the collector can be made substantially the same for the n-type and the p-type. Therefore, a high-performance complementary semiconductor device in which a high-speed vertical pnp transistor coexists can be realized.

【0029】<実施例2>本発明に係る半導体装置の別
の実施例を、図18を用いて説明する。図18は、本発
明に係る半導体装置の相補型バイポーラ・トランジスタ
の不純物分布を模式的に示した図であり、(a)はpn
pトランジスタの不純物濃度分布、(b)はnpnトラ
ンジスタの不純物濃度分布である。なお、図18におい
て、説明の便宜上、実施例1で示した図2と同一の構成
部分については同一の参照符号を付してその詳細な説明
は省略する。すなわち、本実施例では実施例1の半導体
装置の製造方法において図14で示した第2回目のエピ
タキシャル成長工程後に、それぞれの埋込み層3,4上
のエピタキシャル層7に埋込み層と同一導電型の不純物
4b,5bをそれぞれホレジストをマスクに基板表面か
らイオン打ち込みしている。これにより、それぞれpn
pトランジスタ及びnpnトランジスタのコレクタとな
るエピタキシャル層6,7の不純物濃度及び不純物分布
を更に高精度に制御した半導体装置を得ることができ、
素子特性の変動を抑え高速性能を共存させるという実施
例1で示した効果を更に効果的にできる。すなわち、耐
圧が実施例1よりも低くて良い場合には、より一層両ト
ランジスタ特性の制御性が向上し、周波数特性を良くで
きると共に素子特性の安定化を図ることができる。尚、
本実施例においてエピタキシャル成長を3回以上行なっ
た場合、上述のイオン打ち込みは2回目のエピタキシャ
ル成長後に行なっても、又はそれ以降のエピタキシャル
成長後に行なっても同様の効果を得ることができるのは
勿論である。
<Embodiment 2> Another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a diagram schematically showing the impurity distribution of the complementary bipolar transistor of the semiconductor device according to the present invention, in which (a) is pn.
The impurity concentration distribution of the p-transistor, (b) is the impurity concentration distribution of the npn-transistor. In FIG. 18, for convenience of description, the same components as those in FIG. 2 shown in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the present embodiment, in the semiconductor device manufacturing method of the first embodiment, after the second epitaxial growth step shown in FIG. 14, the epitaxial layer 7 on each of the buried layers 3 and 4 has the same conductivity type impurity as that of the buried layer. 4b and 5b are ion-implanted from the substrate surface using a photoresist as a mask. As a result, pn
It is possible to obtain a semiconductor device in which the impurity concentration and the impurity distribution of the epitaxial layers 6 and 7 serving as the collectors of the p-transistor and the npn-transistor are controlled with higher accuracy.
The effect shown in the first embodiment of suppressing the fluctuation of the element characteristics and coexisting with the high speed performance can be further effectively achieved. That is, when the breakdown voltage may be lower than that in the first embodiment, the controllability of both transistor characteristics is further improved, the frequency characteristic can be improved, and the element characteristic can be stabilized. still,
When the epitaxial growth is performed three times or more in the present embodiment, it goes without saying that the same effect can be obtained even if the above-mentioned ion implantation is performed after the second epitaxial growth or after the subsequent epitaxial growth.

【0030】<実施例3>また、本発明に係る半導体装
置及び製造方法の別の実施例を図19及び図20を用い
て説明する。ここで、図19は2回目のエピタキシャル
層7を形成後の埋込み層の断面構造を示す図であり、図
20は埋込み層の不純物分布を模式的に示した図で
(a)はpnpトランジスタ、(b)はnpnトランジ
スタの不純物分布図である。なお、図19及び図20に
おいても、説明の便宜上、実施例1及び実施例2と同一
の構成部分については同一の参照符号を付してその詳細
な説明は省略する。すなわち、本実施例の半導体装置で
は、埋込み層の基板表面からの深さ、不純物濃度、及び
不純物分布が同一チップ内で必要に応じて任意に設定さ
れている点が、実施例1及び実施例2と相違する。例え
ば、同一チップ上に形成したpnpトランジスタQP1
P2では、QP1のp形埋込み層4上のエピタキシャル層
7の残厚の方がQP2のp形埋込み層4,24上のエピタ
キシャル層7の残厚よりも厚い。また、npnトランジ
スタQN1とQN2では、QN1のn形埋込み層3上のエピタ
キシャル層7の残厚の方がQN2のn形埋込み層3上のエ
ピタキシャル層7の残厚よりも薄い。しかも、pnpト
ランジスタQP1とnpnトランジスタQN1のそれぞれの
埋込み層3,4上のエピタキシャル層7の残厚は略等し
く形成されている。
<Embodiment 3> Another embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional structure of the buried layer after the second epitaxial layer 7 is formed, and FIG. 20 is a diagram schematically showing the impurity distribution of the buried layer, (a) is a pnp transistor, (B) is an impurity distribution diagram of the npn transistor. Note that, also in FIGS. 19 and 20, for convenience of description, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the semiconductor device of the present embodiment, the depth from the substrate surface of the buried layer, the impurity concentration, and the impurity distribution are arbitrarily set in the same chip as needed. Different from 2. For example, in the pnp transistors Q P1 and Q P2 formed on the same chip, the residual thickness of the epitaxial layer 7 on the p-type buried layer 4 of Q P1 is the epitaxial layer on the p-type buried layers 4 and 24 of Q P2. Thicker than the remaining thickness of 7. In the npn transistors Q N1 and Q N2 , the remaining thickness of the epitaxial layer 7 on the n-type buried layer 3 of Q N1 is thinner than the remaining thickness of the epitaxial layer 7 on the n-type buried layer 3 of Q N2 . Moreover, the remaining thickness of the epitaxial layer 7 on the buried layers 3 and 4 of the pnp transistor Q P1 and the npn transistor Q N1 is formed to be substantially equal.

【0031】このようにエピタキシャル層7の残厚がそ
れぞれ異なることにより、pnpトランジスタQP2の耐
圧はQP1に比べて低いが遮断周波数が高く、npnトラ
ンジスタQN1はQN2に比べて耐圧が低いが遮断周波数が
高く、またpnpトランジスタQP1とnpnトランジス
タQN1は同程度の耐圧および遮断周波数を有するという
特性の異なる素子を必要に応じて集積化することができ
る。このような構造は、第2回目のエピタキシャル層7
の成長前におけるそれぞれのイオン打ち込み条件を変更
することにより形成することができる。例えば、p形拡
散層24はQP1のp形拡散層27用のイオン打ち込みの
後に、更にホトレジストをマスクにしたイオン打ち込み
工程を追加することにより形成でき、QN2のn形埋込み
層3はn形拡散層5用のイオン打ち込み時にレジストで
マスクしてn形拡散層5用のイオンが注入されないよう
にすれば形成できる。
Since the epitaxial layers 7 have different residual thicknesses, the breakdown voltage of the pnp transistor Q P2 is lower than that of Q P1 , but the cutoff frequency is high, and the breakdown voltage of the npn transistor Q N1 is lower than that of Q N2. Has a high cutoff frequency, and the pnp transistor Q P1 and the npn transistor Q N1 can have integrated elements having different characteristics such that they have the same breakdown voltage and cutoff frequency as required. Such a structure is used in the second epitaxial layer 7
Can be formed by changing the respective ion implantation conditions before the growth of. For example, the p-type diffusion layer 24 can be formed by adding an ion-implantation step using a photoresist as a mask after the ion-implantation for the p-type diffusion layer 27 of Q P1 and the n-type buried layer 3 of Q N2 is n-type. It can be formed by masking with a resist when implanting ions for the n-type diffusion layer 5 so that ions for the n-type diffusion layer 5 are not implanted.

【0032】従って、本実施例によれば、同一基板上に
耐圧や遮断周波数等の特性が異なるトランジスタを同時
に形成でき、回路設計の自由度が増し、高性能で多機能
な半導体装置を実現することができる。
Therefore, according to this embodiment, transistors having different characteristics such as withstand voltage and cutoff frequency can be simultaneously formed on the same substrate, the degree of freedom in circuit design is increased, and a high-performance and multifunctional semiconductor device is realized. be able to.

【0033】<実施例4>本発明に係る半導体装置の更
に別の実施例を図21を用いて説明する。図21は、同
一基板上に縦型pnpトランジスタとnpnトランジス
タとを形成した相補型バイポーラ・トランジスタの断面
構造図である。なお、図21において、説明の便宜上、
実施例1と同一の構成部分については同一の参照符号を
付してその詳細な説明は省略する。すなわち、本実施例
の半導体装置では絶縁物(例えば、二酸化シリコン)が
充填された素子間分離溝25、npnトランジスタ及び
pnpトランジスタのそれぞれ外部ベース領域となるp
形拡散層10bおよびn形拡散層11b、npnトラン
ジスタ及びpnpトランジスタのそれぞれベース引出電
極となる多結晶シリコン13b,14bを新たに設けて
いる点が相違する。
<Embodiment 4> Still another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor in which a vertical pnp transistor and an npn transistor are formed on the same substrate. In FIG. 21, for convenience of explanation,
The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the semiconductor device of the present embodiment, the inter-element isolation trench 25 filled with an insulator (for example, silicon dioxide) and p serving as the external base regions of the npn transistor and the pnp transistor, respectively.
The difference is that the poly-type diffusion layer 10b and the n-type diffusion layer 11b are additionally provided with polycrystalline silicon 13b and 14b serving as base extraction electrodes of the npn transistor and the pnp transistor, respectively.

【0034】npnトランジスタおよびpnpトランジ
スタの各コレクタの埋込み層3,4と拡散層5,27か
ら基板表面までのコレクタの不純物分布は、オートドー
プによる影響が抑制されて実施例1と同様の不純物分布
であり、2回目エピタキシャル成長後のエピタキシャル
層の残厚は略同一の厚さである。ここで、素子間分離溝
25は、実施例1に示した図15の構造を形成した後、
例えば、異方性ドライエッチングにより幅1μm程度、
深さ2μm程度の溝を形成し、酸化膜CVD(化学的気
相析出法)により二酸化シリコンを埋め込むことにより
形成することができる。
The impurity distribution of the collectors from the buried layers 3 and 4 and the diffusion layers 5 and 27 of the collectors of the npn transistor and the pnp transistor to the substrate surface is the same as that of the first embodiment because the influence of autodoping is suppressed. Therefore, the remaining thickness of the epitaxial layer after the second epitaxial growth is approximately the same. Here, the inter-element isolation groove 25 is formed after the structure of FIG.
For example, by anisotropic dry etching, the width is about 1 μm,
It can be formed by forming a groove having a depth of about 2 μm and burying silicon dioxide by an oxide film CVD (chemical vapor deposition method).

【0035】本実施例によれば、図1のトランジスタに
比べ、ベース抵抗やコレクタ・基板間及びコレクタ・ベ
ース間の寄生容量が低減され、より一層高速動作が可能
な相補型トランジスタを有する半導体装置を得ることが
できる。
According to the present embodiment, as compared with the transistor of FIG. 1, the base resistance and the parasitic capacitance between the collector and the substrate and between the collector and the base are reduced, and a semiconductor device having a complementary transistor capable of operating at a higher speed is provided. Can be obtained.

【0036】<実施例5>さらに、本発明に係る半導体
装置の別の実施例を図22を用いて説明する。図22
は、実施例4と同様に縦型pnpトランジスタとnpn
トランジスタとを形成した相補型バイポーラ・トランジ
スタの断面構造図である。なお、図22において、説明
の便宜上、実施例4と同一の構成部分については同一の
参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、npnトランジスタ及びpnpトランジスタのそれ
ぞれのベース電極を、多結晶シリコン13b,14bを
用いてベース側壁から取り出している点が相違する。こ
のように多結晶シリコン13b,14bが酸化膜9中に
埋め込まれている構造であるため、多結晶シリコン13
b,14bの膜厚を厚くしても、素子表面の段差が増加
しない等の特徴を持つ。このため、多結晶シリコン13
b,14bの膜厚を厚くすることにより、実施例4の構
造に比べ、更にベース抵抗を低減することができる。ま
た、ベース引出用のコンタクト孔の位置合わせを自己整
合的に行なうため無効領域が減少し、寄生容量や寄生抵
抗がより一層低減する。従って、本実施例によれば、p
npトランジスタ及びnpnトランジスのコレクタ層へ
のp形埋込み層によるオートドープの影響を排除した不
純物分布の最適化と相俟って、より高速なトランジスタ
動作が可能な相補型の半導体装置を実現することができ
る。
<Fifth Embodiment> Further, another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 22
Is a vertical pnp transistor and npn as in the fourth embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional structural diagram of a complementary bipolar transistor formed with a transistor. Note that, in FIG. 22, for convenience of description, the same components as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, the difference is that the respective base electrodes of the npn transistor and the pnp transistor are taken out from the side wall of the base by using the polycrystalline silicons 13b and 14b. Since the polycrystalline silicon layers 13 b and 14 b are thus buried in the oxide film 9, the polycrystalline silicon layer 13 is
Even if the film thickness of b and 14b is increased, the step difference on the device surface does not increase. Therefore, the polycrystalline silicon 13
By increasing the thickness of b and 14b, the base resistance can be further reduced as compared with the structure of the fourth embodiment. In addition, since the contact holes for extracting the base are aligned in a self-aligning manner, the ineffective region is reduced and the parasitic capacitance and parasitic resistance are further reduced. Therefore, according to this embodiment, p
To realize a complementary semiconductor device capable of higher-speed transistor operation in combination with optimization of impurity distribution which eliminates the influence of auto-doping by a p-type buried layer on a collector layer of an np transistor and an npn transistor. You can

【0037】<実施例6>また、本発明に係る半導体装
置のさらに別の実施例について、図23を用いて説明す
る。図23は、実施例4と同様の縦型pnpトランジス
タとnpnトランジスタとを形成した相補型バイポーラ
・トランジスタの断面構造図である。なお、説明の便宜
上、図23において実施例4の図21と同一の構成部分
については同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例においては、ポリサイド膜
29と二酸化シリコン層26を新たに設けて、多結晶シ
リコン13b,14bを用いてベース電極を引き出し、
この多結晶シリコンに自己整合的にポリサイドを膜29
形成している点が実施例4と相違する。このような電極
構成とすることにより、実施例4のトランジスタに比
べ、さらにベース抵抗が低減される。従って、各トラン
ジスタの埋込み層3,4からのオートドープの影響を排
除した不純物分布の最適化と相俟って、より一層の高速
動作が可能な相補型トランジスタを備えた半導体装置を
実現することができる。
<Embodiment 6> Still another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor in which a vertical pnp transistor and an npn transistor similar to those in the fourth embodiment are formed. 23, the same components as those in FIG. 21 of the fourth embodiment are designated by the same reference numerals in FIG. 23, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the present embodiment, the polycide film 29 and the silicon dioxide layer 26 are newly provided, and the base electrode is drawn out using the polycrystalline silicon 13b and 14b.
The polycide film 29 is self-aligned with the polycrystalline silicon.
The point of formation is different from that of the fourth embodiment. With such an electrode structure, the base resistance is further reduced as compared with the transistor of the fourth embodiment. Therefore, in combination with optimization of the impurity distribution that eliminates the influence of autodoping from the buried layers 3 and 4 of each transistor, it is possible to realize a semiconductor device including a complementary transistor capable of higher speed operation. You can

【0038】<実施例7>さらにまた、本発明に係る半
導体装置の別の実施例について、図24を用いて説明す
る。図24は、実施例6と同様の縦型pnpトランジス
タとnpnトランジスタとを形成した相補型バイポーラ
・トランジスタの断面構造図である。なお、説明の便宜
上、図24において実施例6の図23と同一の構成部分
については同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例では、各トランジスタのエ
ミッタ用拡散層15,16及びベース用拡散層10,1
1の領域を半球状あるいは半筒型に形成している点が実
施例6と相違する。このような半球上エミッタは、例え
ば、ベース用拡散層10,11を形成する前に、エピタ
キシャル層7のエミッタ形成領域を深さ0.2μm程
度、幅0.3μm程度の溝を形成し、この溝表面からp
npトランジスタの場合は燐または砒素を拡散し、np
nトランジスタの場合は硼素を拡散してベース用の拡散
層をそれぞれ形成した後、多結晶シリコンを堆積し、多
結晶シリコン13には燐または砒素をイオン打込みし、
多結晶シリコン14には硼素をイオン打ち込みして熱処
理を行い、それぞれエミッタ用のn形拡散層15および
p形拡散層16を形成すれば良い。
<Embodiment 7> Furthermore, another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor in which a vertical pnp transistor and an npn transistor similar to those in the sixth embodiment are formed. 24, the same components as those in FIG. 23 of the sixth embodiment are designated by the same reference numerals in FIG. 24, and detailed description thereof will be omitted. That is, in this embodiment, the diffusion layers 15 and 16 for the emitters and the diffusion layers 10 and 1 for the bases of the respective transistors are used.
The difference from Example 6 is that the area 1 is formed in a hemispherical shape or a semi-cylindrical shape. In such a hemispherical emitter, for example, a groove having a depth of about 0.2 μm and a width of about 0.3 μm is formed in the emitter forming region of the epitaxial layer 7 before forming the base diffusion layers 10 and 11. P from the groove surface
In the case of an np transistor, phosphorus or arsenic is diffused to
In the case of an n-transistor, boron is diffused to form diffusion layers for bases, respectively, and then polycrystalline silicon is deposited, and polycrystalline silicon 13 is ion-implanted with phosphorus or arsenic.
The polycrystalline silicon 14 may be ion-implanted with boron and heat-treated to form an n-type diffusion layer 15 and a p-type diffusion layer 16 for the emitter, respectively.

【0039】このように構成することにより、各トラン
ジスタのコレクタ電流は3次元的又は2次元的に拡散し
て流れるため、少数キャリアのベース走行時間を減少す
ることができる。従って、本実施例においても、各トラ
ンジスタの埋込み層3,4からのオートドープの影響を
排除した不純物分布の最適化と相俟って、より一層の高
速動作が可能な相補型バイポーラ・トランジスタを備え
た半導体装置を実現することができる。
With such a configuration, the collector current of each transistor flows in a three-dimensional or two-dimensional diffused manner, so that the base transit time of minority carriers can be reduced. Therefore, also in the present embodiment, in combination with the optimization of the impurity distribution that eliminates the influence of the autodoping from the buried layers 3 and 4 of each transistor, a complementary bipolar transistor capable of higher speed operation is provided. The provided semiconductor device can be realized.

【0040】<実施例8>さらに、本発明に係る半導体
装置の別の実施例について、図25を用いて説明する。
図25は、実施例7と同様の縦型pnpトランジスタと
npnトランジスタとを形成した相補型バイポーラ・ト
ランジスタの断面構造図である。なお、説明の便宜上、
図25において実施例7の図24と同一の構成部分につ
いては同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略す
る。すなわち、本実施例では、二酸化シリコンを充填し
た素子間分離溝25と、基板1と埋込み層3,4との間
に設けた二酸化シリコン層28とにより素子分離を行っ
ている点が実施例7と相違する。このような素子分離構
造とすることによって、寄生容量が大幅に低減できるた
め、実施例7に比べてさらに高速なトランジスタ動作が
可能となる。なお、このような構造の半導体装置は、い
わゆる基板張り合わせ技術により作製された二酸化シリ
コン層28を内部に有するシリコン基板を用いて、実施
例7と同様の製造方法により形成することができる。
<Embodiment 8> Further, another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 25 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor in which a vertical pnp transistor and an npn transistor similar to those in the seventh embodiment are formed. For convenience of explanation,
In FIG. 25, the same components as those in FIG. 24 of the seventh embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, in the present embodiment, the device isolation is performed by the element isolation groove 25 filled with silicon dioxide and the silicon dioxide layer 28 provided between the substrate 1 and the buried layers 3 and 4. Is different from. With such an element isolation structure, the parasitic capacitance can be significantly reduced, so that the transistor operation can be performed at a higher speed than in the seventh embodiment. The semiconductor device having such a structure can be formed by a manufacturing method similar to that of the seventh embodiment using a silicon substrate having a silicon dioxide layer 28 therein which is manufactured by a so-called substrate bonding technique.

【0041】図26は、pnpトランジスタQ1とnp
nトランジスタQ2と抵抗R1とから構成されるレベルシ
フト回路であり、このレベルシフト回路は直流レベルを
自由に設定できる。従来の相補型バイポータ・トランジ
スタでは、pnpトランジスタの高周波特性がnpnト
ランジスタに比べ著しく劣っていたため、高速動作する
集積回路にこのレベルシフト回路を適用すると、その回
路特性がpnpトランジスタの性能で律則されてしまっ
ていた。これに対し、本実施例の高速なトランジスタ動
作が可能な相補型の半導体装置を用いれば、npnとp
npの両トランジスタの性能を各々最適化でき、いずれ
のトランジスタも高速動作が可能となるため、上記欠点
が解決できる。尚、図26にはダーリントン接続の擬似
pnpトランジスタを示しているが、npnトランジス
タQ2を削除しても同等の効果を得ることができるのは
勿論である。また、実施例1乃至実施例7に述べた相補
型バイポーラ・トランジスタをこのレベルシフト回路に
用いても、従来より高速動作が可能なことは言うまでも
ない。
FIG. 26 shows pnp transistors Q 1 and np.
This is a level shift circuit composed of an n-transistor Q 2 and a resistor R 1, and this level shift circuit can freely set the DC level. In the conventional complementary bipolar transistor, the high frequency characteristics of the pnp transistor are significantly inferior to those of the npn transistor. Therefore, when this level shift circuit is applied to an integrated circuit that operates at high speed, the circuit characteristics are regulated by the performance of the pnp transistor. It was dead. On the other hand, if the complementary semiconductor device capable of high-speed transistor operation according to the present embodiment is used, npn and p
The performances of both np transistors can be optimized respectively, and both transistors can operate at high speed, so that the above-mentioned drawbacks can be solved. Although the Darlington connection pseudo pnp transistor is shown in FIG. 26, it is needless to say that the same effect can be obtained even if the npn transistor Q 2 is omitted. Needless to say, even if the complementary bipolar transistors described in the first to seventh embodiments are used in this level shift circuit, a higher speed operation than the conventional one is possible.

【0042】<実施例9>また、本発明に係る半導体装
置のさらに別の実施例について、図27を用いて説明す
る。図27は、実施例7と同様の縦型pnpトランジス
タとnpnトランジスタとを形成した相補型バイポーラ
・トランジスタの断面構造図である。なお、説明の便宜
上、図27において実施例7の図24と同一の構成部分
については同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。すなわち、本実施例では、pnpトランジスタ
のp形埋込み層4がp形のシリコン基板1中に直接形成
され、pn接合分離用のn型拡散層2を設けていない点
が実施例7と相違する。この構造は、pn接合分離用の
n型拡散層2を設けていないため、その分の工程を簡略
化できる。
<Embodiment 9> Still another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 27 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor in which a vertical pnp transistor and an npn transistor similar to those of the seventh embodiment are formed. For convenience of explanation, in FIG. 27, the same components as those in FIG. 24 of the seventh embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. That is, this embodiment is different from the seventh embodiment in that the p-type buried layer 4 of the pnp transistor is directly formed in the p-type silicon substrate 1 and the n-type diffusion layer 2 for separating the pn junction is not provided. . In this structure, since the n-type diffusion layer 2 for separating the pn junction is not provided, the process can be simplified by that amount.

【0043】このような本実施例の縦型pnpトランジ
スタはコレクタ接地として使用する用途に好適であり、
例えば図28に示す回路が挙げられる。図28はpnp
トランジスタによるアクティブ・プルダウン動作を行う
相補型エミッタホロワ回路を備えた2入力ECL回路で
あり、低消費電力で高速動作が可能であるという特徴を
持つ。なお、図28においてVBBは基準電圧を、VCL
クロック電圧を表す。この回路は周知の回路であり、こ
こでは回路動作の説明は省略する。本回路は、pnpト
ランジスタのコレクタが回路中最も低電位になるため、
図27に示した構造の半導体装置を用いることができ
る。従って、各トランジスタの埋込み層3,4からのオ
ートドープの影響を排除した不純物分布の最適化された
構造と相俟って、トランジスタは高速動作が可能なた
め、図6に示した従来構造の半導体装置を用いるより
も、高速で低電力のECL回路を構成できる。
The vertical pnp transistor of this embodiment is suitable for use as a collector ground.
For example, the circuit shown in FIG. 28 may be used. 28 is pnp
It is a two-input ECL circuit equipped with a complementary emitter follower circuit that performs an active pull-down operation by a transistor, and is characterized by low power consumption and high-speed operation. In FIG. 28, V BB represents the reference voltage and V CL represents the clock voltage. Since this circuit is a known circuit, the description of the circuit operation is omitted here. In this circuit, since the collector of the pnp transistor has the lowest potential in the circuit,
The semiconductor device having the structure shown in FIG. 27 can be used. Therefore, in combination with the structure in which the impurity distribution is optimized by eliminating the influence of the auto-doping from the buried layers 3 and 4 of each transistor, the transistor can operate at high speed, and therefore, the conventional structure shown in FIG. It is possible to configure an ECL circuit that is faster and has lower power consumption than using a semiconductor device.

【0044】<実施例10>また、本発明に係る半導体
装置のさらに別の実施例について、図29を用いて説明
する。ここで、図29は相補型バイポーラ・トランジス
タ(ただし、pnpトランジスタは図示していない。)
および相補型MOSトランジスタの断面構造図である。
なお、説明の便宜上、図29において実施例7の図24
と同一の構成部分については同一の参照符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。すなわち、本実施例では、新
たに相補型MOSトランジスタを形成するために、p形
拡散層35,38、n形拡散層36,37、二酸化シリ
コン層31,34,39、及び多結晶シリコン膜32を
付加している点が相違する。
<Embodiment 10> Still another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 29 shows a complementary bipolar transistor (however, the pnp transistor is not shown).
3A and 3B are cross-sectional structural views of a complementary MOS transistor.
Note that, for convenience of explanation, FIG.
The same reference numerals are given to the same components as those, and the detailed description thereof will be omitted. That is, in the present embodiment, in order to newly form a complementary MOS transistor, p-type diffusion layers 35 and 38, n-type diffusion layers 36 and 37, silicon dioxide layers 31, 34 and 39, and a polycrystalline silicon film 32. The difference is that is added.

【0045】トランジスタ同志が絶縁膜により完全に分
離されていない構造では、MOSトランジスタのラッチ
アップを防ぐには、一般にMOSトランジスタ下部に低
いシート抵抗を有する埋込み層を形成する方法が最も有
効である。しかし、埋込み層の基板表面からの深さを極
端に浅くすると、埋込み層からの電界がMOSトランジ
スタのチャネル部に影響し、MOSトランジスタの特性
に悪影響を及ぼす。このため、MOSトランジスタ下部
の埋込み層は、その基板表面からの深さを上記の現象が
生じない程度に深くする必要がある。一方、バイポーラ
・トランジスタは高周波特性の向上のため、埋込み層の
基板表面からの深さをMOSトランジスタに比べ浅くす
る必要がある。
In the structure in which the transistors are not completely separated by the insulating film, it is generally most effective to form a buried layer having a low sheet resistance below the MOS transistor in order to prevent the latch-up of the MOS transistor. However, if the depth of the buried layer from the substrate surface is made extremely shallow, the electric field from the buried layer affects the channel portion of the MOS transistor and adversely affects the characteristics of the MOS transistor. For this reason, the buried layer below the MOS transistor needs to be deep from the surface of the substrate to the extent that the above phenomenon does not occur. On the other hand, in order to improve the high frequency characteristics of the bipolar transistor, it is necessary to make the depth of the buried layer from the substrate surface shallower than that of the MOS transistor.

【0046】これに対し本実施例では、MOSトランジ
スタの埋込み層の基板表面からの深さを、バイポーラ・
トランジスタのそれより深くし、この相反する要求を満
足した構造としている。この構造は以下の方法で達成さ
れる。周知の技術で同一基板上にn形及びp形埋込み層
3,4を形成した後に、pMOSトランジスタおよびp
npトランジスタの埋込み層となるp形拡散層4の表面
を酸化し、このp形拡散層4の表面不純物濃度を実施例
1で述べたように3×1019/cm3以下に低減する。
次に、低濃度のn形不純物を含むエピタキシャル層を基
板表面に形成する。この後、npnトランジスタの埋込
み層となるn形拡散層3上及びpnpトランジスタ(不
図示)の埋込み層となるp形拡散層4上のエピタキシャ
ル層中に、それぞれ埋込み層と同一導電形の不純物をイ
オン打ち込みして熱処理を行い、n形拡散層5及びp形
拡散層27(不図示)を形成する。なお、このイオン打
ち込み時には、MOSトランジスタ部はレジストでマス
クしてイオン打ち込みされないようにする。次に、エピ
タキシャル層7の成長を行い、実施例7と同様の方法に
よりバイポーラ・トランジスタを形成するが、バイポー
ラ・トランジスタの外部ベース10b,11bを多結晶
シリコン13b,14bにより形成する前に、新たに付
加したp形拡散層35,38、n形拡散層36,37、
二酸化シリコン層31,34,39、及び多結晶シリコ
ン膜32から構成される相補型多結晶シリコンゲートM
OSトランジスタを周知の技術により形成しておく。な
お、pnpトランジスタがコレクタ接地で用いられる場
合には、実施例9と同様にpn接合分離のためのn形拡
散層2を形成しなくとも良い。
On the other hand, in this embodiment, the depth of the embedded layer of the MOS transistor from the substrate surface is
The structure is deeper than that of the transistor and satisfies the contradictory requirements. This structure is achieved by the following method. After forming the n-type and p-type buried layers 3 and 4 on the same substrate by a known technique, a pMOS transistor and a p-type
The surface of the p-type diffusion layer 4 serving as a buried layer of the np transistor is oxidized to reduce the surface impurity concentration of the p-type diffusion layer 4 to 3 × 10 19 / cm 3 or less as described in the first embodiment.
Next, an epitaxial layer containing a low concentration of n-type impurities is formed on the substrate surface. After that, an impurity having the same conductivity type as that of the buried layer is added to the epitaxial layers on the n-type diffusion layer 3 serving as the buried layer of the npn transistor and the p-type diffusion layer 4 serving as the buried layer of the pnp transistor (not shown). Ion implantation is performed and heat treatment is performed to form the n-type diffusion layer 5 and the p-type diffusion layer 27 (not shown). At the time of this ion implantation, the MOS transistor portion is masked with a resist to prevent the ion implantation. Next, the epitaxial layer 7 is grown, and a bipolar transistor is formed by the same method as in Example 7, but before the external bases 10b and 11b of the bipolar transistor are formed from polycrystalline silicon 13b and 14b. To the p-type diffusion layers 35 and 38, the n-type diffusion layers 36 and 37,
Complementary polycrystalline silicon gate M composed of silicon dioxide layers 31, 34, 39 and polycrystalline silicon film 32
The OS transistor is formed by a known technique. When the pnp transistor is used with the collector grounded, the n-type diffusion layer 2 for separating the pn junction does not have to be formed as in the ninth embodiment.

【0047】これにより、MOSトランジスタの埋込み
層3,4の基板表面からの深さは、バイポーラ・トラン
ジスタのそれより深くすることができる。また、バイポ
ーラ・トランジスタは、実施例7と同様に埋込み層3,
4からのオートドープの影響を排除した不純物分布の最
適化された構造と相俟って、高速動作が可能である。従
って、同一基板上に高性能な相補型MOSトランジスタ
と相補型バイポーラ・トランジスタを形成できるため、
回路設計の自由度が高まりそのいずれか一方の場合に比
べ、高性能で多機能な半導体装置を実現できる。
As a result, the depth of the buried layers 3 and 4 of the MOS transistor from the substrate surface can be made deeper than that of the bipolar transistor. The bipolar transistor is similar to that of the seventh embodiment in that the buried layer 3,
High-speed operation is possible in combination with the optimized structure of the impurity distribution that eliminates the influence of auto-doping from 4. Therefore, a high performance complementary MOS transistor and a complementary bipolar transistor can be formed on the same substrate.
The degree of freedom in circuit design is increased, and a high-performance and multifunctional semiconductor device can be realized as compared with either case.

【0048】<実施例11>さらに、本発明に係る半導
体装置の別の実施例について、図30を用いて説明す
る。図30は、同一基板上に縦型pnpトランジスタと
npnトランジスタを形成した相補型バイポーラ・トラ
ンジスタの断面構造図である。なお、説明の便宜上、図
30において実施例1の図1と同一の構成部分について
は同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
すなわち、本実施例の半導体装置では、同一シリコン基
板上に形成した縦型pnpトランジスタの表面とnpn
トランジスタの表面とが同じ高さとなっている点が図1
に示した構造と相違する。この相違は、p形埋込み層4
の表面濃度の低減方法が異なるためである。実施例1で
はp形埋込み層4を形成した(図10)後に、図11で
示したように選択酸化を行い硼素を酸化膜中に偏析させ
ることにより表面濃度を低減していた。これに対して本
実施例では、p形埋込み層4を形成した(図10)後
に、窒化シリコン膜22はそのままにして表面に周知の
CVD技術により酸化膜を堆積し、次いで高温の熱処理
を行って硼素を堆積したCVD酸化膜中に偏析させるこ
とによりp形埋込み層4の表面濃度を低減する。これ以
降の工程を実施例1と全く同様に行えば、図30に示し
た構造の半導体装置を得ることができる。従って、本実
施例においても、実施例1と同様にp形埋込み層による
オートドープによる素子特性劣化を防止すると共に、ト
ランジスタ毎の不純物分布を最適化した高性能な相補型
の半導体装置を得ることができる。勿論、本実施例によ
るエピタキシャル成長前にp形埋込み層の硼素表面濃度
を低減する方法は、実施例2乃至実施例10の半導体装
置においても適用することができる。その場合、p形埋
込み層上の素子表面はn形埋込み層上の素子表面と同じ
になる。
<Embodiment 11> Another embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 30 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor in which a vertical pnp transistor and an npn transistor are formed on the same substrate. For convenience of explanation, in FIG. 30, the same components as those of FIG. 1 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
That is, in the semiconductor device of this embodiment, the surface of the vertical pnp transistor formed on the same silicon substrate and the npn
Figure 1 shows that the surface of the transistor is at the same height.
The structure is different from that shown in. This difference is due to the p-type buried layer 4
This is because the method of reducing the surface concentration of is different. In Example 1, after forming the p-type buried layer 4 (FIG. 10), selective oxidation was performed as shown in FIG. 11 to segregate boron into the oxide film to reduce the surface concentration. On the other hand, in this embodiment, after the p-type buried layer 4 is formed (FIG. 10), the silicon nitride film 22 is left as it is and an oxide film is deposited on the surface by a well-known CVD technique, and then a high temperature heat treatment is performed. The boron is segregated in the deposited CVD oxide film to reduce the surface concentration of the p-type buried layer 4. By performing the subsequent steps in exactly the same manner as in Example 1, the semiconductor device having the structure shown in FIG. 30 can be obtained. Therefore, also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to prevent the deterioration of the device characteristics due to the auto-doping by the p-type buried layer and to obtain the high-performance complementary semiconductor device in which the impurity distribution of each transistor is optimized. You can Of course, the method of reducing the boron surface concentration of the p-type buried layer before the epitaxial growth according to this embodiment can also be applied to the semiconductor devices of the second to tenth embodiments. In that case, the device surface on the p-type buried layer becomes the same as the device surface on the n-type buried layer.

【0049】なお、上記実施例1〜実施例11では、2
回以上のエピタキシャル成長を行う場合について説明し
たが、所要のエピタキシャル層厚さが0.6〜0.8μ
m程度と薄くて良い場合には、1回のエピタキシャル成
長だけで形成しても良い。この場合でも、エピタキシャ
ル成長前に上記したp形埋込み層の表面濃度の低減を行
っているので、エピタキシャル成長後のイオン打ち込み
条件を変更して表面から比較的深い部分にイオンを打ち
込むことにより、オートドープの影響が補償できると共
に、それぞれ所望のp形拡散層27およびn形拡散層5
を形成することができる。1回のエピタキシャル成長を
用いた場合は、工程数低減が図れる利点があるが、適用
できるエピタキシャル層厚さに上記のような制限があ
る。これに対して、2回以上のエピタキシャル成長を行
う場合は、残りエピタキシャル層の厚さ及び不純物濃度
が自由に制御可能となるため精度良く所望のエピタキシ
ャル層を得ることができると共に、適用範囲も広いとい
う利点を有する。
In the above-mentioned Examples 1 to 11, 2
The case where the epitaxial growth is performed more than once has been described, but the required epitaxial layer thickness is 0.6 to 0.8 μ.
If the thickness may be as thin as about m, it may be formed by only one epitaxial growth. Even in this case, since the surface concentration of the p-type buried layer is reduced before the epitaxial growth, the ion implantation conditions after the epitaxial growth are changed and the ions are implanted into a relatively deep portion from the surface, so that the auto-doping The effect can be compensated, and desired p-type diffusion layer 27 and n-type diffusion layer 5 are respectively obtained.
Can be formed. When the epitaxial growth is performed once, there is an advantage that the number of steps can be reduced, but the applicable epitaxial layer thickness is limited as described above. On the other hand, when the epitaxial growth is performed twice or more, the thickness and the impurity concentration of the remaining epitaxial layer can be freely controlled, so that the desired epitaxial layer can be obtained with high accuracy and the applicable range is wide. Have advantages.

【0050】<実施例12>さらにまた、本発明に係る
相補型の半導体装置を適用した高速大型計算機の一実施
例について、図31を用いて説明する。図31は、相補
型トランジスタを備えた本発明の半導体装置を使用する
計算機の構成図である。ところで、大量のデータ処理や
多数の端末を集中管理したりする大型計算機には、高速
演算処理が要求され、高速演算処理部に遮断周波数が数
十GHzといった超高速のトランジスタで構成された超
高速バイポーラLSIが使用されている。これらの超高
速バイポーラLSIは、npnトランジスタだけで構成
されているため、水冷を使用せざるを得ない程消費電力
が大きい。従って、装置も大型化し冷却設備にコストが
掛かる上に、現在では水冷できる限界に近くなってきて
いる。そこで、低消費電力化を図って空冷を可能にする
と共に低コスト化をも図る目的で、高速動作が可能な縦
型pnpトランジスタとnpnトランジスタを集積化し
た超高速バイポーラLSIが所望されている。このよう
な用途に、上記実施例1〜実施例11に示したp形埋込
み層からのオートドープによる素子特性劣化を防止する
と共に、npnおよびpnpトランジスタ毎の不純物分
布を最適化して動作速度が速く、しかも集積度が高くか
つ低電力可能な本発明に係る相補型の半導体装置を好適
に用いることができる。
<Embodiment 12> Furthermore, an embodiment of a high-speed large-scale computer to which the complementary semiconductor device according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 31 is a configuration diagram of a computer using the semiconductor device of the present invention having a complementary transistor. By the way, a large-scale computer that centrally manages a large amount of data or a large number of terminals requires high-speed arithmetic processing, and the high-speed arithmetic processing unit is an ultra-high-speed transistor composed of ultra-high-speed transistors with a cutoff frequency of several tens GHz. Bipolar LSI is used. Since these ultra-high-speed bipolar LSIs are composed of only npn transistors, the power consumption is large enough to use water cooling. Therefore, the size of the apparatus is increased, the cost of cooling equipment is increased, and at the present time, the limit of water cooling is approaching. Therefore, for the purpose of achieving low power consumption, air cooling, and cost reduction, an ultrahigh-speed bipolar LSI in which a vertical pnp transistor and an npn transistor capable of high-speed operation are integrated is desired. For such applications, deterioration of device characteristics due to auto-doping from the p-type buried layer shown in the first to eleventh embodiments is prevented, and the impurity distribution of each npn and pnp transistor is optimized to increase the operating speed. Moreover, the complementary semiconductor device according to the present invention, which has a high degree of integration and enables low power consumption, can be preferably used.

【0051】図31において、参照符号500は前述し
た実施例1〜実施例11のいずれかの本発明に係る相補
型の半導体装置で構成した命令や演算を処理するプロセ
ッサであり、本実施例における高速大型計算機ではこの
プロセッサ500を複数個並列に接続している。本発明
に係る半導体装置を用いた高速シリコン半導体集積回路
は、動作速度が速く、集積度が高くかつ低電力であるた
め、プロセッサ500と、計算機全体のシステムを制御
するシステム制御装置501や主記憶装置502など
を、それぞれ1辺が約10〜30mmのシリコン半導体
チップ上に構成することができた。なお、これらは周知
のセラミックパッケージやプラスチックパッケージに組
み込まれている。これらの命令や演算を処理するプロセ
ッサ500と、システム制御装置501と、本発明に係
る半導体装置を適用した高速シリコン半導体集積回路並
びに化合物半導体集積回路より構成されるデータ通信イ
ンタフェース503を、同一セラミック基板506に実
装した。また、データ通信インタフェース503と、デ
ータ通信制御装置504を、同一セラミック基板507
に実装した。これらセラミック基板506並びに507
と、主記憶装置502を実装したセラミック基板を、大
きさが約50cm程度、あるいはそれ以下のセラミック
基板に実装し、大型計算機の中央処理ユニット508を
形成した。この中央処理ユニット508内データ通信
や、複数の中央処理ユニット間データ通信、あるいはデ
ータ通信インタフェース503と入出力プロセッサ50
5を実装した基板509との間のデータの通信は、図中
の両端矢印線で示した光ファイバ510を介して行なっ
た。この計算機では、命令や演算を処理するプロセッサ
500や、システム制御装置501や、主記憶装置50
2などのシリコン半導体集積回路が、並列で高速に動作
し、また、データの通信を光を媒体に行ったため、1秒
間当たりの命令処理回数を大幅に増加することができ
た。更に、半導体集積回路に使用されている縦型pnp
トランジスタの高速動作が可能なため高速な相補型トラ
ンジスタ回路を構成でき、低消費電力で安定に高速演算
をさせることができた。
In FIG. 31, reference numeral 500 is a processor for processing an instruction or an operation, which is configured by the complementary semiconductor device according to any one of the first to eleventh embodiments described above. In a high-speed large-scale computer, a plurality of these processors 500 are connected in parallel. A high-speed silicon semiconductor integrated circuit using the semiconductor device according to the present invention has a high operating speed, a high degree of integration, and low power consumption, and therefore has a processor 500, a system controller 501 for controlling the system of the entire computer, and a main memory. The device 502 and the like could be constructed on a silicon semiconductor chip each having a side of about 10 to 30 mm. Note that these are incorporated in a known ceramic package or plastic package. A processor 500 for processing these instructions and operations, a system controller 501, a data communication interface 503 composed of a high-speed silicon semiconductor integrated circuit and a compound semiconductor integrated circuit to which the semiconductor device according to the present invention is applied are provided on the same ceramic substrate. It was implemented in 506. Further, the data communication interface 503 and the data communication control device 504 are connected to the same ceramic substrate 507.
Implemented in. These ceramic substrates 506 and 507
Then, the ceramic substrate on which the main memory device 502 is mounted is mounted on a ceramic substrate having a size of about 50 cm or less to form the central processing unit 508 of the large-scale computer. The data communication in the central processing unit 508, the data communication between a plurality of central processing units, or the data communication interface 503 and the input / output processor 50.
The data communication with the board 509 on which No. 5 is mounted was performed via the optical fiber 510 indicated by the double-ended arrow lines in the figure. In this computer, a processor 500 that processes instructions and operations, a system control device 501, and a main storage device 50.
Since the silicon semiconductor integrated circuits of No. 2 and the like operate in parallel at a high speed, and data communication is performed using light as a medium, the number of instruction processings per second can be significantly increased. Furthermore, a vertical pnp used in a semiconductor integrated circuit
Since high-speed operation of the transistor is possible, a high-speed complementary transistor circuit can be constructed, and low-power consumption enables stable high-speed operation.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、同一チップ上で素子特
性に悪影響を与えずに、不純物分布が略等しいp形及び
n形の高濃度の埋込み層をそれぞれ縦型pnp及びnp
nトランジスタに使用できるので、これらのトランジス
タのコレクタ抵抗を低減できる。又、エピタキシャル成
長工程で生ずる外方拡散やオートドープにより基板−エ
ピタキシャル層界面の不純物濃度が変化しても素子特性
変動を防止でき、かつコレクタに用いる高濃度の不純物
埋込み層の半導体表面からの深さをトランジスタ毎に最
適化でき、同一基板上で耐圧や周波数特性をトランジス
タ毎に変化できる。このため、同一基板上に高速なnp
nトランジスタおよび縦型pnpトランジスタを備えた
相補型の半導体装置を形成でき、従来に比べ低消費電力
で高性能な相補型半導体回路を構成することができる。
According to the present invention, the p-type and n-type high-concentration buried layers having substantially the same impurity distributions are formed on the same chip without adversely affecting the device characteristics.
Since it can be used for n-transistors, the collector resistance of these transistors can be reduced. In addition, even if the impurity concentration at the interface between the substrate and the epitaxial layer changes due to outdiffusion or autodoping that occurs during the epitaxial growth process, it is possible to prevent fluctuations in device characteristics, and the depth of the high-concentration impurity-buried layer used for the collector from the semiconductor surface Can be optimized for each transistor, and withstand voltage and frequency characteristics can be changed for each transistor on the same substrate. Therefore, high-speed np on the same substrate
A complementary semiconductor device including an n-transistor and a vertical pnp transistor can be formed, and a complementary semiconductor circuit having lower power consumption and higher performance than conventional can be configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る半導体装置の一実施例を示す相補
型バイポーラ・トランジスタの断面構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1に示した相補型バイポーラ・トランジスタ
の不純物分布図であり、(a)はpnpトランジスタの
不純物分布、(b)はnpnトランジスタの不純物分布
である。
2 is an impurity distribution diagram of the complementary bipolar transistor shown in FIG. 1, where (a) is an impurity distribution of a pnp transistor and (b) is an impurity distribution of an npn transistor.

【図3】図1の実施例の埋込み層の不純物分布図であ
り、(a)は2回目エピタキシャル成長前の不純物分
布、(b)は2回目のエピタキシャル成長後の不純物分
布である。
3A and 3B are impurity distribution diagrams of the buried layer in the embodiment of FIG. 1, where FIG. 3A is an impurity distribution before the second epitaxial growth and FIG. 3B is an impurity distribution after the second epitaxial growth.

【図4】エピタキシャル成長時のオートドープの影響を
示す不純物分布図であり、(a)はp形埋込み層の有る
領域の不純物分布、(b)はp形埋込み層の無い領域の
不純物分布である。
4A and 4B are impurity distribution diagrams showing the influence of autodoping during epitaxial growth. FIG. 4A is an impurity distribution in a region having a p-type buried layer, and FIG. 4B is an impurity distribution in a region having no p-type buried layer. .

【図5】エピタキシャル成長前のp形埋込み層の硼素表
面濃度とオートドープ層の硼素濃度の関係を示す特性線
図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the boron surface concentration of the p-type buried layer before the epitaxial growth and the boron concentration of the auto-doped layer.

【図6】相補型バイポーラ・トランジスタの従来例を示
す断面構造図である。
FIG. 6 is a sectional structural view showing a conventional example of a complementary bipolar transistor.

【図7】図6に示した従来の相補型バイポーラ・トラン
ジスタの不純物分布図であり、(a)はpnpトランジ
スタの不純物分布、(b)はnpnトランジスタの不純
物分布である。
7 is an impurity distribution diagram of the conventional complementary bipolar transistor shown in FIG. 6, (a) is an impurity distribution of a pnp transistor, and (b) is an impurity distribution of an npn transistor.

【図8】従来の相補型バイポーラ・トランジスタの埋込
み層の不純物分布図であり、(a)は基板表面から埋込
み層までの深さをnpnトランジスタに最適化した場
合、(b)はp形埋込み層とn形埋込み層の基板表面か
らの深さを同程度にした場合の不純物分布である。
FIG. 8 is an impurity distribution diagram of a buried layer of a conventional complementary bipolar transistor, where (a) is a p-type buried region when the depth from the substrate surface to the buried layer is optimized for an npn transistor. 5 is an impurity distribution when the depths of the layer and the n-type buried layer from the substrate surface are made approximately the same.

【図9】図1の本発明に係る半導体装置の製造方法を工
程順に示した図であり、最初の工程を示す断面構造図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention in FIG. 1 in order of steps, and is a cross-sectional structure diagram showing a first step.

【図10】本発明に係る半導体装置の製造方法の図9に
示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 10 is a cross-sectional structural view showing a next step shown in FIG. 9 of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図11】本発明に係る半導体装置の製造方法の図10
に示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 11 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
6 is a cross-sectional structure diagram showing a next step shown in FIG.

【図12】本発明に係る半導体装置の製造方法の図11
に示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 12 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
6 is a cross-sectional structure diagram showing a next step shown in FIG.

【図13】本発明に係る半導体装置の製造方法の図12
に示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 13 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
6 is a cross-sectional structure diagram showing a next step shown in FIG.

【図14】本発明に係る半導体装置の製造方法の図13
に示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 14 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
6 is a cross-sectional structure diagram showing a next step shown in FIG.

【図15】本発明に係る半導体装置の製造方法の図14
に示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 15 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
6 is a cross-sectional structure diagram showing a next step shown in FIG.

【図16】本発明に係る半導体装置の製造方法の図15
に示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 16 is a view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
6 is a cross-sectional structure diagram showing a next step shown in FIG.

【図17】本発明に係る半導体装置の製造方法の図16
に示した次の工程を示す断面構造図である。
FIG. 17 is a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
6 is a cross-sectional structure diagram showing a next step shown in FIG.

【図18】本発明に係る半導体装置の第2の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタの不純物分布図であ
り、(a)はpnpトランジスタの不純物分布、(b)
はnpnトランジスタの不純物分布である。
FIG. 18 is an impurity distribution diagram of a complementary bipolar transistor showing a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention, (a) is an impurity distribution of a pnp transistor, and (b) is a distribution diagram.
Is the impurity distribution of the npn transistor.

【図19】本発明に係る半導体装置の第3の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタにおける基板表面か
らの異なる深さの埋込み層を示す断面構造図である。
FIG. 19 is a sectional structural view showing buried layers having different depths from the substrate surface in a complementary bipolar transistor showing a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図20】図19に示した埋込み層の不純物分布図であ
り、(a)はpnpトランジスタの不純物分布、(b)
npnトランジスタの不純物分布図である。
20 is an impurity distribution diagram of the buried layer shown in FIG. 19, (a) is an impurity distribution of the pnp transistor, and (b) is a distribution diagram.
It is an impurity distribution map of an npn transistor.

【図21】本発明に係る半導体装置の第4の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタの断面構造図であ
る。
FIG. 21 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor showing a fourth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図22】本発明に係る半導体装置の第5の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタの断面構造図であ
る。
FIG. 22 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor showing a fifth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図23】本発明に係る半導体装置の第6の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタの断面構造図であ
る。
FIG. 23 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor showing a sixth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図24】本発明に係る半導体装置の第7の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタの断面構造図であ
る。
FIG. 24 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor showing a seventh embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図25】本発明に係る半導体装置の第8の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタの断面構造図であ
る。
FIG. 25 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor showing an eighth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図26】本発明に係る半導体装置を好適に適用し得る
レベルシフト回路を示す回路図である。
FIG. 26 is a circuit diagram showing a level shift circuit to which the semiconductor device according to the present invention can be preferably applied.

【図27】本発明に係る半導体装置の第9の実施例を示
す相補型バイポーラ・トランジスタの構造図である。
FIG. 27 is a structural diagram of a complementary bipolar transistor showing a ninth embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図28】本発明に係る半導体装置の第9の実施例を好
適に適用し得るECL回路を示す回路図である。
FIG. 28 is a circuit diagram showing an ECL circuit to which the ninth embodiment of the semiconductor device according to the present invention can be preferably applied.

【図29】本発明に係る半導体装置の第10の実施例を
示す相補型バイポーラ・トランジスタ及び相補型MOS
・トランジスタの断面構造図である。
FIG. 29 is a complementary bipolar transistor and complementary MOS showing a tenth embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
-It is a cross-sectional structure diagram of a transistor.

【図30】本発明に係る半導体装置の第11の実施例を
示す相補型バイポーラ・トランジスタの断面構造図であ
る。
FIG. 30 is a sectional structural view of a complementary bipolar transistor showing an eleventh embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図31】本発明に係る半導体装置の第1〜11の実施
例を好適に適用し得る大型計算機の構成例を示す図であ
る。
FIG. 31 is a diagram showing a configuration example of a large-sized computer to which the first to eleventh embodiments of the semiconductor device according to the present invention can be suitably applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型シリコン基板 2,3,3a,5,11,11b,15,27,36,
37…n型拡散層 4,4a,10,16,35,38…p型拡散層 6,7…エピタキシャル層 13,14b,32…n型多結晶シリコン 14,13b…p型多結晶シリコン 9,12,17,25,28,31,34,39…二酸
化シリコン 22…窒化シリコン 18…アルミ電
極 29…ポリサイド層 500…プロセ
ッサ 501…システム制御装置 502…主記憶
装置 503…データ通信インタフェース 504…データ
通信制御装置 505…入出力プロセッサ 506,507
…セラミック基板 508…中央処理ユニット 509…入出力
プロセッサ実装基板 510…データ通信光ファイバ
1 ... P-type silicon substrate 2, 3, 3a, 5, 11, 11b, 15, 27, 36,
37 ... N-type diffusion layer 4, 4a, 10, 16, 35, 38 ... P-type diffusion layer 6, 7 ... Epitaxial layer 13, 14b, 32 ... N-type polycrystalline silicon 14, 13b ... P-type polycrystalline silicon 9, 12, 17, 25, 28, 31, 34, 39 ... Silicon dioxide 22 ... Silicon nitride 18 ... Aluminum electrode 29 ... Polycide layer 500 ... Processor 501 ... System controller 502 ... Main memory 503 ... Data communication interface 504 ... Data communication Control device 505 ... Input / output processor 506, 507
... Ceramic substrate 508 ... Central processing unit 509 ... Input / output processor mounting substrate 510 ... Data communication optical fiber

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/06 (72)発明者 尾内 享裕 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 27/06 (72) Inventor Takahiro Onouchi 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】同一半導体基板上に、p形とn形の2種類
の導電形の埋込み層を有する半導体装置において、基板
表面からの深さが等しいp形埋込み層及びn形埋込み層
を少なくとも有し、かつ、p形埋込み層及びn形埋込み
層のピーク不純物濃度が等しいことを特徴とする半導体
装置。
1. A semiconductor device having buried layers of two types of conductivity types, p-type and n-type, on the same semiconductor substrate, and at least a p-type buried layer and an n-type buried layer having the same depth from the substrate surface. A semiconductor device having the same and having the same peak impurity concentration in the p-type buried layer and the n-type buried layer.
【請求項2】半導体基板と反対導電形の拡散層によって
半導体基板とpn接合分離されている、半導体基板と同
一導電形の埋込層を少なくとも有することを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor according to claim 1, further comprising a buried layer of the same conductivity type as the semiconductor substrate, which is separated from the semiconductor substrate by a pn junction by a diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate. apparatus.
【請求項3】p形埋込み層上部に縦型pnpトランジス
タを少なくとも有すると共に、n形埋込み層上部にnp
nトランジスタを少なくとも有する請求項1または請求
項2に記載の半導体装置。
3. A vertical pnp transistor is provided on the p-type buried layer, and np is provided on the n-type buried layer.
The semiconductor device according to claim 1, which has at least an n-transistor.
【請求項4】p形埋込み層上部にpMOSトランジスタ
を少なくとも有すると共に、n形埋込み層上部にnMO
Sトランジスタを少なくとも有する請求項3に記載の半
導体装置。
4. At least a pMOS transistor is provided on the p-type buried layer, and nMO is provided on the n-type buried layer.
The semiconductor device according to claim 3, further comprising at least an S transistor.
【請求項5】MOSトランジスタ下部の埋込み層の基板
表面からの深さが、バイポーラ・トランジスタ下部の埋
込み層の基板表面からの深さに比べて大きいMOSトラ
ンジスタを少なくとも有することを特徴とする請求項4
に記載の半導体装置。
5. A MOS transistor, wherein the depth of the buried layer below the MOS transistor is larger than the depth of the buried layer below the bipolar transistor from the substrate surface. Four
The semiconductor device according to.
【請求項6】少なくとも一方の導電形の埋込み層の基板
表面からの深さが異なるバイポーラ・トランジスタを更
に有することを特徴とする請求項3乃至請求項5のいず
れか一に記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 3, further comprising a bipolar transistor in which at least one of the conductivity type buried layers has different depths from the substrate surface.
【請求項7】同一半導体基板上に、硼素を不純物とする
p形埋込み層と燐または砒素を不純物とするn形の埋込
み層を備えた半導体装置の製造方法において、半導体基
板にn形埋込み層を形成した後、窒化シリコン膜をマス
クにしてp形埋込み層を形成し、この窒化シリコン膜を
再度マスクにしてp形埋込み層上だけを選択酸化して熱
酸化膜を形成し、次にこの熱酸化膜及び窒化シリコン膜
を除去することを、エピタキシャル成長工程前に行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A method of manufacturing a semiconductor device comprising a p-type buried layer containing boron as an impurity and an n-type buried layer containing phosphorus or arsenic as an impurity on the same semiconductor substrate. Then, a p-type buried layer is formed using the silicon nitride film as a mask, the silicon nitride film is used as a mask again, and only the p-type buried layer is selectively oxidized to form a thermal oxide film. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the thermal oxide film and the silicon nitride film are removed before the epitaxial growth step.
【請求項8】p形埋込み層と半導体基板とのpn接合分
離用のn形拡散層を形成した後、前記n形埋込み層を形
成したことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の
製造方法。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the n-type buried layer is formed after forming an n-type diffusion layer for separating a pn junction between the p-type buried layer and the semiconductor substrate. Production method.
【請求項9】同一半導体基板上に、硼素を不純物とする
p形埋込み層と燐または砒素を不純物とするn形埋込み
層を備えた半導体装置の製造方法において、半導体基板
にn形埋込み層を形成した後、窒化シリコン膜をマスク
にしてp形埋込み層を形成し、この窒化シリコン膜を残
したままCVD酸化膜を堆積した後、熱処理を施し、次
にこの酸化膜及び窒化シリコン膜を除去することを、エ
ピタキシャル成長前に行うことを特徴とする半導体装置
の製造方法。
9. A method of manufacturing a semiconductor device comprising a p-type buried layer having boron as an impurity and an n-type buried layer having phosphorus or arsenic as an impurity on the same semiconductor substrate, wherein the n-type buried layer is provided on the semiconductor substrate. After the formation, a p-type buried layer is formed using the silicon nitride film as a mask, a CVD oxide film is deposited with the silicon nitride film left, and then heat treatment is performed, and then the oxide film and the silicon nitride film are removed. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that:
【請求項10】p形埋込み層と半導体基板とのpn接合
分離用のn形拡散層を形成した後、前記n形埋込み層を
形成したことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置
の製造方法。
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the n-type buried layer is formed after forming an n-type diffusion layer for separating a pn junction between the p-type buried layer and the semiconductor substrate. Production method.
【請求項11】エピタキシャル成長後に、少なくともい
ずれかの埋込み層上部のエピタキシャル層中に、当該埋
込み層と同一導電形の不純物をイオン打ち込みすること
を特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれか一に記
載の半導体装置の製造方法。
11. The method according to claim 7, wherein after the epitaxial growth, an impurity having the same conductivity type as that of the buried layer is ion-implanted into the epitaxial layer above at least one of the buried layers. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項12】p形埋込み層形成後の前記エピタキシャ
ル成長を、少なくとも2回以上行うことを特徴とする請
求項7乃至請求項10のいずれか一に記載の半導体装置
の製造方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the epitaxial growth after forming the p-type buried layer is performed at least twice.
【請求項13】少なくともいずれかのエピタキシャル成
長後に、少なくともいずれかの埋込み層上部のエピタキ
シャル層中に、当該埋込み層と同一導電形の不純物をイ
オン打ち込みすることを特徴とする請求項12に記載の
半導体装置の製造方法。
13. The semiconductor according to claim 12, wherein after the epitaxial growth of at least one of the buried layers, an impurity having the same conductivity type as that of the buried layer is ion-implanted into the epitaxial layer above the buried layer. Device manufacturing method.
【請求項14】エピタキシャル成長前のp形埋込み層の
表面不純物濃度が3×1019/cm2を超えないよう
に、p形埋込み層上のみを選択酸化することを特徴とす
る請求項7または請求項8に記載の半導体装置の製造方
法。
14. The method according to claim 7, wherein only the p-type buried layer is selectively oxidized so that the surface impurity concentration of the p-type buried layer before epitaxial growth does not exceed 3 × 10 19 / cm 2. Item 9. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 8.
【請求項15】エピタキシャル成長前のp形埋込み層の
表面不純物濃度が3×1019/cm2を超えないよう
に、前記堆積したCVD酸化膜に対し熱処理を行うこと
を特徴とする請求項9または請求項10に記載の半導体
装置の製造方法。
15. The heat treatment is performed on the deposited CVD oxide film so that the surface impurity concentration of the p-type buried layer before epitaxial growth does not exceed 3 × 10 19 / cm 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
【請求項16】請求項1乃至請求項6に記載のいずれか
一の半導体装置を備えることを特徴とする大規模集積回
路。
16. A large-scale integrated circuit comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
【請求項17】請求項16に記載の前記大規模集積回路
を備えることを特徴とする高速大型計算機。
17. A high-speed large-scale computer comprising the large-scale integrated circuit according to claim 16.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268261A (en) * 2004-03-16 2005-09-29 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2009141375A (en) * 2001-05-04 2009-06-25 Infineon Technologies Ag Semiconductor process and integrated circuit

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