JPH07193082A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH07193082A
JPH07193082A JP33081793A JP33081793A JPH07193082A JP H07193082 A JPH07193082 A JP H07193082A JP 33081793 A JP33081793 A JP 33081793A JP 33081793 A JP33081793 A JP 33081793A JP H07193082 A JPH07193082 A JP H07193082A
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conductivity type
diffusion layer
impurity diffusion
buried layer
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JP33081793A
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Isao Sato
功 佐藤
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、コレクタシンク層(ディープコレ
クタ層とも言う)を有するバイポーラ型半導体装置に関
するもので、コレクタシンク層をN+ 埋込み層に接続し
ようとすると、長時間(例えば11時間)のアニールが
必要であり、そのため、コレクタシンク層の横への広が
りが大きく生じ、トランジスタサイズの縮小化が図れな
いといった問題点を解決することを目的とする。 【構成】 本発明は、N+ 埋込み層204の一部(コレ
クタシンク層211に対応した位置)にN++埋込み層
(拡散係数の高いP(リン)を拡散)209を形成し、
エピタキシャル層210を形成して、ディープコレクタ
層(コレクタシンク層)211を形成した後、アニール
を行なうことで前記N++埋込み層209の早い上方拡散
により、前記ディープコレクタ層211と短時間(4時
間程度)のアニールで接続するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、コレクタシンク層
(ディープコレクタ層とも言う)を有するバイポーラ型
半導体装置とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】バイポーラ型半導体装置は、周知のよう
に一般的にP型半導体基板上の所定領域にN+ 埋込み層
とP+ 埋込み層を形成し、その上にN型エピタキシャル
層を形成し、各素子間を電気的に分離させるために前記
+ 埋込み層をもとにしてP+分離層を形成する。この
+ 分離拡散層は前記N型エピタキシャル層の表面から
と、既に形成した前記P+ 埋込み層の上方拡散により形
成する。そして素子形成に当たっては、所定領域にベー
ス層を拡散し、その後にエミッタ・コレクタ層を形成し
てバイポーラ型半導体装置を完成させる。
【0003】従来、このようなバイポーラ型半導体装置
では、このコレクタをN+ 埋込み層にできるだけ近く形
成するようコレクタシンク層を設け、コレクタ抵抗の低
減を図っている。しかしながら、このコレクタシンク層
をN+ 埋込み層に接続しようとすると(接続した方がコ
レクタ抵抗はより低減できる)、拡散が長時間となる
し、拡散が横へ広がるため、コレクタシンク層とベース
層間の設計マージンを大きくとらねばならない。以上概
要を述べたバイポーラ型半導体装置の製造工程を図3に
断面図で示し、以下に説明する。
【0004】まず、図3 (a)に示すように、P型シリ
コン基板(以下、単に基板と称す)101のバイポーラ
トランジスタ素子形成領域上に、拡散技術によりSb
(アンチモン)を拡散してN+ 埋込み層102、また、
B(ボロン)を拡散してP+ 埋込み層103を形成す
る。このとき、同図に示すように、前記N+ 埋込み層1
02は前記素子形成領域の中央部に、P+ 埋込み層10
3は前記素子形成領域の端になる位置に形成する。この
ような形成をするには、図示してないがホトリソグラフ
ィ(以下、ホトリソと称す)技術によるレジストパター
ンを形成して、所定箇所に所定原子を拡散させることは
言うまでもない。以下、このような拡散工程のときレジ
ストパターンによる形成であることは、極めて一般的な
技術であるので一々説明することは省略する。
【0005】次いで、図3 (b)に示すように、エピタ
キシャル技術により、全面にP(リン)ドープのN型エ
ピタキシャル層104を成長させる。このとき、前記N
+ 埋込み層102、P+ 埋込み層103は、同図のよう
に多少上方へ拡散する。次いで、そのN型エピタキシャ
ル層104の所定部分(素子形成領域の中のコレクタと
なる部分)に、イオン注入技術(以下、インプラと称
す)によりPを注入拡散してディープコレクタ層(これ
がコレクタシンク層と言われる部分である)105を形
成する。
【0006】次いで、図3 (c)に示すように、前記素
子形成領域両端の前記P+ 埋込み層103の位置に、拡
散技術により前記N型エピタキシャル層104の表面か
ら前記P+ 埋込み層103にP+ 層が到達するようBの
拡散を行ない、P+ 分離層106を形成する。
【0007】次いで、図3 (d)に示すように、前記素
子形成領域の前記N型エピタキシャル層104の所定部
分(NPN型トランジスタ(いわゆるバイポーラトラン
ジスタ)のベースとなる部分)に、拡散技術によりBを
拡散してトランジスタのベース層107を形成する。次
に、そのベース層107の中の一部にPを拡散して、ト
ランジスタのエミッタ層108を形成する。
【0008】以上の説明では省略したが、ここまでの工
程で、拡散層の形成のとき酸化膜が形成され、選択拡散
領域の酸化膜除去、拡散時の選択拡散領域上への酸化膜
の再形成が行なわれており、表面には図示してあるよう
に酸化膜109が形成されている。
【0009】次いで、図3 (e)に示すように、前記酸
化膜109を所定部分(トランジスタのベース、エミッ
タ、コレクタ取り出し口(配線接続部)となる部分)
に、ホトリソ・エッチング技術でコンタクト孔110を
開孔し、配線(例えばA1)111を蒸着技術で形成す
る。そして、素子を保護するためのパッシベーション膜
112を形成して、バイポーラ型半導体装置を完成させ
る。
【0010】以上説明した従来例では、コレクタシンク
層105はN+ 埋込み層102には到達つまり接続され
ていない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の方法でコレクタシンク層を形成した場合、以下
に述べるような問題点があった。
【0012】(1)前述したように、コレクタシンク層
105はN+ 埋込み層102に接続されていた方がコレ
クタ抵抗はより低減され、トランジスタとしての駆動能
力は向上するのであるが、前述した従来の形成方法のよ
うに、N型エピタキシャル層104の表面から拡散形成
したコレクタシンク層105をN+ 埋込み層と接続させ
ようとする場合、例えば前記エピタキシャル層104の
厚さtが10μmとすると(一般に、コレクタ・エミッ
タ間の接合耐圧40Vを得るためには10μm程度の厚
さのエピタキシャル層が必要とされている)、エピタキ
シャル層104を成長したとき、N+ 埋込み層102は
上方へ3.5μm程度拡散しているとは言え、コレクタ
シンク層105をそのN+ 埋込み層102まで到達させ
るには、温度1200℃で11時間以上の熱処理が必要
である。
【0013】(2)前述した熱処理時間が長いと、コレ
クタシンク層105は横方向にも拡散するので、コレク
タシンク層105とベース層107間の設計マージンを
大きくとらなければならず、トランジスタサイズを大き
くしてしまう。
【0014】(3)また、前記熱処理時間が長いと、N
+ 埋込み層102も上方へさらに拡散し、ベース層10
7との間隔が短くなり、トランジスタとしての駆動能力
が低下する。
【0015】本発明は、以上述べた問題点を除去するた
め、N+ 埋込み層にSbを用い、その一部にSbより拡
散係数の高い(拡散が早い)Pを用いて、上方拡散させ
るようにすることにより、前記熱処理時間を短縮し、ト
ランジスタサイズの縮小が可能な半導体装置を提供する
ことを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、N+ 埋込み層にSbを用いて形成し、そ
の層の一部(コレクタシンク層の下部となる位置)にS
bより拡散係数(単位時間当りの拡散の広がり。単位は
cm2 /sec)の高いPを拡散してN++層を形成して
おき、それを上方拡散させることにより、エピタキシャ
ル層形成後その上から拡散して形成したコレクタシンク
層と接続させるようにしたものである。
【0017】
【作用】本発明は、前記したように、N+ 埋込み層の一
部にN++層を形成しておき、それの上方拡散により、コ
レクタシンク層と接続させるようにしたので、前述した
熱処理時間が短縮(従来の半分)され、コレクタシンク
層やN+ 埋込み層の広がりが低減されるので、トランジ
スタサイズの縮小が図れるとともに、その駆動能力も向
上する。
【0018】
【実施例】図1に本発明の第1の実施例の製造工程を断
面図で示し、以下に説明する。
【0019】まず、図1 (a)に示すように、P型シリ
コン基板(以下、単に基板と称す)201上に、酸化技
術(熱酸化、CVD(化学的気相成長)法など)により
酸化膜202を7000Å程度の厚さ形成し、ホトリソ
・エッチング技術により所定部分(N+ 埋込み層を形成
する部分)を開孔する。
【0020】次いで、図1 (b)に示すように、前記開
孔部も含めて全面に再度酸化膜203を酸化技術により
200〜500Å程度形成し、次いで、この凹凸状とな
っている酸化膜203,202をマスクにして、イオン
注入技術(以下、インプラと称す)によりSbを注入拡
散し、アニールを温度1200℃で9時間程度行ない第
2の半導体領域として(第1の半導体領域は後述)N+
埋込み層204を形成する。このN+ 埋込み層204の
シート抵抗ρs は約30Ω/□である。この後、前記酸
化膜202,203をHFを用いた水溶液で全面除去す
る。
【0021】次いで、図1 (c)に示すように、酸化技
術により酸化膜205を200〜500Å程度の厚さ全
面に形成し、その上にレジスト206を塗布して、その
レジスト206の所定部分(P+ 埋込み層を形成する部
分)をホトリソ・エッチング技術により開孔する。いわ
ゆるパターニングし、それをマスクにしてBをインプラ
して、P+ 埋込み層207を形成する。この後、前記レ
ジスト207を除去する。
【0022】次いで、図1 (d)に示すように、再度レ
ジスト208を形成して所定部分(コレクタシンク層が
形成される部分に対応した位置)をホトリソ・エッチン
グ技術で開孔する。そのレジストパターン208をマス
クにしてPをインプラして、N++埋込み層を形成する。
周知のように、このPは前記N+ 埋込み層204を形成
するときのSbより拡散係数が高い。つまり、同じ拡散
条件での拡散速度がPの方がSbより早い。この後、前
記レジスト208および酸化膜205を除去する。
【0023】次いで、図1 (e)に示すように、全面に
エピタキシャル技術により、第1の半導体領域としてP
ドープ(不純物としてのPを分布した)のN型エピタキ
シャル層210を形成する。これは従来技術と同様であ
る。このとき、エピタキシャル技術は一種の熱処理であ
るから前記N++埋込み層209 (第3の半導体領域)と
+ 埋込み層207も上方へ拡散する(いわゆる上方拡
散)。次いで、前記エピタキシャル層210表面から所
定部分即ちコレクタシンク層、P+ 分離層形成部分に、
従来同様の拡散技術でディープコレクタ層(コレクタシ
ンク層)形成部分にはP,P+ 埋込み層形成部分にはB
を拡散させ、第4の半導体領域としてのディープコレク
タ層211、P+ 分離層212を形成する。そして、温
度1200℃で4時間程度アニールすると、前記N++
込み層209とP+ 埋込み層207はさらに上方拡散
し、前記ディープコレクタ層即ちコレクタシンク層21
1は前記上方拡散したN++埋込み層209とつながり、
+ 分離層212はP+ 埋込み層207とつながる。前
述したように、N++埋込み層209は拡散係数が高いの
で、前記時間程度のアニールで十分上方拡散してコレク
タシンク層211とつながる。
【0024】この後の工程は、従来例で説明した図3
(d)以降と同じであるので説明は割愛する。
【0025】次に、本発明の第2の実施例の製造工程を
図2に断面図で示し、以下に説明する。
【0026】まず、図2 (a)に示すように、基板30
1上全面に酸化技術により絶縁膜である酸化膜(一般に
パッド酸化膜と称す)302を500Å程度の厚さ形成
し、その上にCVD技術により耐酸化性膜として窒化膜
303を形成する。
【0027】次いで、図2 (b)に示すように、レジス
トパターン(N+ 埋込み層を形成する部分を除去したパ
ターン)304を形成して、それをマスクにして選択的
に前記窒化膜303と酸化膜302を除去する。
【0028】次に、図2 (c)に示すように、前記レジ
ストパターン304 (レジスト下に残っている窒化膜3
03、酸化膜302を含む)をマスクにして、Sbをイ
ンプラし、その後、前記レジスト304を除去し、温度
1200℃で9時間程度アニールを行ない、N+ 埋込み
層305を形成する。このN+ 埋込み層305のシート
抵抗ρs は第1の実施例同様30Ω/□程度である。
【0029】次いで、図2 (d)に示すように、熱酸化
により少なくとも前記N+ 埋込み層305上に酸化膜3
06を2000〜3000Å程度の厚さ形成した後、残
っている前記窒化膜303を熱リン酸にて除去する。す
ると、前記酸化膜306は残っている前記パッド酸化膜
302とつながるが、同図のようにそのパッド酸化膜3
02の部分が凹状になった酸化膜となる。
【0030】次いで、図2 (e)に示すように、前記凹
凸状になった酸化膜306をマスクにして、Bをインプ
ラし、温度1000℃で20〜30分アニールしてP+
埋込み層307を形成する。つまり、前記N+ 埋込み層
305の両端部分にP+ 埋込み層305が形成された構
造となる。
【0031】次いで、図2 (f)に示すように、前記酸
化膜306を除去した後、酸化技術により再度酸化膜3
08を全面に形成し、その上にレジストパターン(N++
埋込み層を形成する部分(つまり、コレクタシンク層に
対応した位置)を開孔したパターン)を形成して、それ
をマスクにしてPをインプラし、N++埋込み層310を
形成する。この後、前記レジスト309および酸化膜3
08は除去する。
【0032】次いで、図2 (g)に示すように、全面に
第1の実施例同様、エピタキシャル技術によりPドープ
のN型エピタキシャル層311を形成する。
【0033】この後は、第1の実施例同様(図1 (e)
の説明と同様)、ディープコレクタ層即ちコレクタシン
ク層312、P+ 分離層313を形成し、アニールして
コレクタシンク層312をN++埋込み層310につな
げ、P+ 分離層313をP+ 埋込み層307につなぐ。
この後の工程も第1の実施例で説明したように、従来例
と同様である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
+ 埋込み層のコレクタシンク層形成部分に対応した部
分に拡散係数の高いN++埋込み層を設けたので、その上
方拡散が早く、コレクタシンク層をそのN++埋込み層に
接続するためのアニールのドライブ時間が従来の半分以
下にできる。例えば、従来例では前述したように11時
間必要であったが、本発明では4時間程度ですむ。従っ
て、従来例のようにコレクタシンク層の横への広がりも
低減され(例えば、従来例では横方向へ片側6.5μm
であったが、本発明では4.0μm以下である)、トラ
ンジスタサイズの縮小を図ることができる。また、N+
拡散層の上方拡散も従来より低減され、トランジスタと
しての能力向上にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の工程断面図
【図2】本発明の第2の実施例の工程断面図
【図3】従来例の工程断面図
【符号の説明】
202,203,205 酸化膜 204 N+ 埋込み層 206,208 レジスト 207 P+ 埋込み層 209 N++埋込み層 210 N型エピタキシャル層 211 ディープコレクタ層(コレクタシンク層)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)第1導電型の半導体基板上に、第
    2導電型の第1の半導体領域が設けられており、該基板
    と第1の半導体領域との境界領域の一部に第2導電型の
    第2の半導体領域が設けられていて、(b)前記第2の
    半導体領域の一部に、前記第1の半導体領域の表面方向
    へ向けて第2導電型の第3の半導体領域が設けられてお
    り、(c)該第3の半導体領域が前記第2の半導体領域
    表面から下方へ向けて設けられている第2導電型の第4
    の半導体領域と接続されている、ことを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】 前記第3の半導体領域の材料は、前記第
    2の半導体領域の材料より拡散係数が高い材料であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 (a)第1導電型の半導体基板上の素子
    形成領域内に、第2導電型の第1の不純物拡散層を形成
    する工程、(b)前記第1の半導体領域の両端の部分の
    半導体基板上に、第1導電型の第2の不純物拡散層を形
    成する工程、(c)前記第1の不純物拡散層の一部に、
    第2導電型の第3の不純物拡散層を形成する工程、
    (d)全面に第2導電型のエピタキシャル層を形成し、
    該エピタキシャル層の前記第3の不純物拡散層に対応し
    た部分に第2導電型の第4の不純物拡散層を形成する工
    程、(e)前記第4の不純物拡散層と前記第3の不純物
    拡散層とを接続する処理を施す工程、 以上の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 (a)第1導電型の半導体基板上全面
    に、第1の絶縁膜と耐酸化性膜を順に積層させ、該積層
    膜の所定部分を開孔する工程、(b)前記所定部分を開
    孔した積層膜をマスクにして、前記半導体基板の所定部
    分に第2導電型の第1の不純物拡散層を形成する工程、
    (c)少なくとも前記第1の不純物拡散層上に第2の絶
    縁膜を形成し、前記耐酸化性膜を除去し、その構造をマ
    スクにして前記半導体基板の所定部分に第1導電型の第
    2の不純物拡散層を形成する工程、(d)前記第1の不
    純物拡散層の一部に、第2導電型の第3の不純物拡散層
    を形成する工程、(e)全面に第2導電型のエピタキシ
    ャル層を形成し、該エピタキシャル層の前記第3の不純
    物拡散層に対応した部分に第2導電型の第4の不純物拡
    散層を形成する工程、(f)前記第4の不純物拡散層と
    前記第3の不純物拡散層とを接続する処理を施す工程、 以上の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012243784A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Lapis Semiconductor Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

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JP2012243784A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Lapis Semiconductor Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

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