JPH07335662A - 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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JPH07335662A
JPH07335662A JP12899794A JP12899794A JPH07335662A JP H07335662 A JPH07335662 A JP H07335662A JP 12899794 A JP12899794 A JP 12899794A JP 12899794 A JP12899794 A JP 12899794A JP H07335662 A JPH07335662 A JP H07335662A
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type
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JP12899794A
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English (en)
Inventor
Masakazu Okada
昌和 岡田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベース領域とコレクタ領域との接合容量を低
減して、バイポーラトランジスタの高速化を図る。 【構成】 バイポーラトランジスタのベース領域を、真
性ベース領域17と、高濃度外部ベース領域18と、こ
の高濃度外部ベース領域18下層に形成された低濃度外
部ベース領域19とで構成し、コレクタ領域3と接する
領域の不純物濃度を低くして、ベース・コレクタ間の接
合容量を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、バイポーラトランジ
スタを含む半導体装置に関し、ベース領域とコレクタ領
域との接合容量低減に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図27は従来の半導体装置の構造をNP
N型バイポーラトランジスタについて示した断面図であ
る。図において、1はP型の単結晶から成る半導体基板
(以下、基板と称す)、2は基板1に形成されたN+
埋め込み層、3はN+型埋め込み層2上に形成されたN
型エピタキシャル層、4はN+型埋め込み層2とN型エ
ピタキシャル層3とともにコレクタ領域を形成し、その
電極引き出し層となるN+型のコレクタ電極引き出し層
である。5は隣接する素子間を分離するフィールド絶縁
膜、6は同じく素子間分離のためのP+型素子分離層、
7はP型の真性ベース領域、8は真性ベース領域7とと
もにベース領域を形成し、その電極引き出し層となるP
+型の外部ベース領域、9はN+型のエミッタ領域であ
る。10は層間絶縁膜、11は層間絶縁膜10に設けら
れたコンタクト孔、12はコンタクト孔11を介して、
コレクタ電極引き出し層4、外部ベース領域8、エミッ
タ領域9とそれぞれ接続形成された電極配線層である。
【0003】このように構成されるバイポーラトランジ
スタの製造方法を、図28〜図32に基づいて以下に説
明する。まず、基板1上から、イオン注入法によりN型
不純物イオンを選択的に注入し、その後熱処理を施し
て、コレクタ抵抗低減のためのN+型埋め込み層2を形
成する。次に、1016/cm3程度のN型不純物を含む
Siエピタキシャル成長を行い、N型エピタキシャル層
3を0.8〜1.5μmの厚さに形成し、その後、N型
エピタキシャル層3を選択的に酸化してフィールド絶縁
膜5を形成する。次に、熱拡散法によりN型不純物を選
択的にN型エピタキシャル層3に導入して拡散させ、コ
レクタ抵抗を低減させるコレクタ電極引き出し層4を形
成し、その後、基板1上からイオン注入法によりP型不
純物を選択的に導入してP+型素子分離層6を形成する
(図28)。
【0004】次に、全面にホトレジスト膜13を形成
し、ホトリソグラフィ技術によりパターニングする。こ
のレジストパターン13をマスクにして、基板1上から
イオン注入法により、注入エネルギー30〜50Ke
V、注入量1014〜1016/cm2で例えばBF2等のP
型不純物イオンをN型エピタキシャル層3に注入し、1
20/cm3程度のP型不純物を含む外部ベース領域8
を形成する(図29)。次に、ホトレジスト膜13を除
去した後、再び全面にホトレジスト膜14を形成し、ホ
トリソグラフィ技術によりパターニングする。このレジ
ストパターン14をマスクにして、基板1上からイオン
注入法により、注入エネルギー20〜30KeV、注入
量1013〜1014/cm2で例えばB等のP型不純物イ
オンをN型エピタキシャル層3および外部ベース領域8
に注入し、1017/cm3程度のP型不純物を含む真性
ベース領域7を形成する(図30)。
【0005】次に、ホトレジスト膜14を除去した後、
基板1上の全面にCVD法により層間絶縁膜10を堆積
し、その上の全面にホトレジスト膜15を形成する。続
いてホトリソグラフィ技術によりホトレジスト膜15を
パターニングした後、このレジストパターン15をマス
クにして、下地の層間絶縁膜10を異方性エッチングに
より除去して、コンタクト孔11を形成する(図3
1)。次に、ホトレジスト膜15を除去した後、新たに
レジストパターン16を同様の方法で形成し、これをマ
スクにして、基板1上からイオン注入法により、注入エ
ネルギー50〜70KeV、注入量1014〜1016/c
2で例えばAs等のN型不純物イオンを真性ベース領
域7に注入し、1019〜1021/cm3のN型不純物を
含むエミッタ領域9を形成する(図32)。
【0006】次に、ホトレジスト膜16を除去した後、
基板1に熱処理を、800〜900℃で数十分行う。そ
の後Al合金をスパッタ法によりコンタクト孔11に埋
め込むように基板1上の全面に形成してパターニング
し、コンタクト孔11を介してコレクタ、ベース、エミ
ッタの各領域とそれぞれ接続する電極配線層12を形成
する(図27参照)。その後、所定の処理を施してバイ
ポーラトランジスタを完成する。
【0007】次に、このように構成されるバイポーラト
ランジスタの動作について説明する。図33は従来のバ
イポーラトランジスタの動作を模式的に示すものであ
る。図に示すように、エミッタ−コレクタ間電圧Vc
e、エミッタ−ベース間電圧Vbeが印加された時、エ
ミッタ領域9、真性ベース領域7およびN型エピタキシ
ャル層3の間でバイポーラアクションする。すなわち真
性ベース領域7からエミッタ領域9へベース電流Ibが
流れ、それによって増幅されたコレクタ電流Icがコレ
クタすなわちN型エピタキシャル層3からエミッタ領域
9へ流れる。このベース電流Ibとコレクタ電流Icと
を合わせたものがエミッタ電流Ieである。
【0008】バイポーラアクション時のキャリアの流れ
を簡単に考えてみると次のようになる。順バイアスによ
ってエミッタ接合のエネルギー障壁が低くなると、エミ
ッタ領域9のドナー密度は十分高いので伝導電子はエミ
ッタ領域9から真性ベース領域7へ効率良く注入され
る。注入された伝導電子は、P型である真性ベース領域
7では小数キャリアであり、本来、これは正孔と再結合
して消滅しやすいが、真性ベース領域7のアクセプタ密
度があまり高くなく、かつ真性ベース領域7の幅が狭く
形成されているため、伝導電子は真性ベース領域7で再
結合をほとんど起こさないで、N型エピタキシャル層3
(コレクタ)へ速やかに伝達され、逆バイアスされたコ
レクタ電界に強く引っ張られる。
【0009】このように、バイポーラトランジスタで
は、真性ベース領域7のアクセプタ密度があまり高くな
く、その幅も狭いことが特性上重要であるが、そのため
にベース抵抗が非常に大きくなってしまうので、このベ
ース抵抗を低減させるために不純物濃度の高い外部ベー
ス領域8が設けられている。温度一定下での半導体の抵
抗Rは、R=A/n(A:定数、n:キャリア密度)で
与えられるため、外部ベース領域8の不純物濃度を上げ
るほど、ベース抵抗は低減される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のバイポーラトラ
ンジスタは以上のように構成されているため、ベース抵
抗低減のためベース領域に不純物濃度の高い外部ベース
領域8が形成されている。ここで、半導体のPN接合に
は接合容量Cが存在し、外部電圧Vを印加したとき、下
記の数式1で表される。
【0011】
【数1】
【0012】なお、eは電子1コの電荷量、εsは比誘
電率、εoは真空誘電率、Naはアクセプタ密度、Nd
はドナー密度、Vdは拡散電位である。
【0013】すなわち、接合容量Cはキャリア密度N
a、Ndが高いほど大きい。従来のバイポーラトランジ
スタでは、外部ベース領域8と下層のN型エピタキシャ
ル層3とのPN接合において、ベース抵抗低減のため外
部ベース領域8の不純物濃度が高く形成されているた
め、大きな接合容量を持つ。すなわちベース・コレクタ
間の接合容量(以下、ベース・コレクタ容量と称す)が
大きいため、バイポーラトランジスタの回路動作の高速
化を妨げるという問題点があった。
【0014】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、ベース抵抗を低く保ちなが
ら、ベース領域とエピタキシャル層(コレクタ)との接
合容量を低減して、回路動作の速い、バイポーラトラン
ジスタを含む半導体装置を得ることを目的としており、
さらにこの装置に適した製造方法を提供することを目的
とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る半導体装置は、半導体基板に、第1導電型のコレクタ
領域と、低濃度の真性ベース領域および電極引き出し層
となる高濃度の外部ベース領域を有する第2導電型のベ
ース領域と、第1導電型のエミッタ領域とを有するバイ
ポーラトランジスタを含む半導体装置であって、上記高
濃度の外部ベース領域の下層に、上記ベース領域の一部
となる第2導電型の低濃度の外部ベース領域を設けたも
のである。
【0016】この発明の請求項2に係る半導体装置の製
造方法は、半導体基板上にコレクタ領域の一部となる第
1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層の表面
に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型のエピタ
キシャル層を形成する工程と、上記エピタキシャル層の
所定領域に、レジストマスクを用いたイオン注入により
第2導電型の低濃度の外部ベース領域を形成し、さらに
この低濃度の外部ベース領域内に、上記レジストマスク
を同一マスクを用いたイオン注入により第2導電型の高
濃度の外部ベース領域を形成する工程と、上記低濃度の
外部ベース領域に接続させて上記エピタキシャル層の所
定領域にイオン注入により第2導電型の真性ベース領域
を形成する工程と、上記真性ベース領域内に第1導電型
のエミッタ領域を形成する工程とを含むものである。
【0017】この発明の請求項3に係る半導体装置は、
真性ベース領域と低濃度の外部ベース領域とを同一拡散
層で形成したものである。
【0018】この発明の請求項4に係る半導体装置の製
造方法は、半導体基板上にコレクタ領域の一部となる第
1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層の表面
に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型のエピタ
キシャル層を形成する工程と、上記エピタキシャル層の
所定領域に、イオン注入によりベース領域となる第2導
電型の拡散層を形成する工程と、上記拡散層内に、イオ
ン注入により第2導電型の高濃度の外部ベース領域を形
成する工程と、上記拡散層内に、第1導電型のエミッタ
領域を形成する工程とを含むものである。
【0019】この発明の請求項5に係る半導体装置は、
真性ベース領域と低濃度の外部ベース領域とを同一の第
2導電型のエピタキシャル層で形成し、このエピタキシ
ャル層分離用の第1導電型の分離領域を設けたものであ
る。
【0020】この発明の請求項6に係る半導体装置の製
造方法は、半導体基板上にコレクタ領域の一部となる第
1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層の表面
に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型のエピタ
キシャル層を形成する工程と、上記第1導電型のエピタ
キシャル層上にベース領域となる第2導電型のエピタキ
シャル層を形成する工程と、分離領域を形成した後、上
記第2導電型のエピタキシャル層内に、イオン注入によ
り第2導電型の高濃度の外部ベース領域を形成する工程
と、上記第2導電型のエピタキシャル層内に、第1導電
型のエミッタ領域を形成する工程とを含むものである。
【0021】この発明の請求項7に係る半導体装置は、
エミッタ領域直下の真性ベース領域とコレクタ領域との
接合部に、上記コレクタ領域よりも高濃度の第1導電型
の拡散領域を設けたものである。
【0022】この発明の請求項8に係る半導体装置の製
造方法は、レジストマスクを用いたイオン注入により、
ベース領域と第1導電型のエピタキシャル層との接合部
に、上記第1導電型のエピタキシャル層よりも高濃度の
第1導電型の拡散領域を形成し、続いて上記レジストマ
スクと同一マスクを用いたイオン注入により、上記ベー
ス領域内にエミッタ領域を形成する工程を含むものであ
る。
【0023】この発明の請求項9に係る半導体装置は、
エピタキシャル層で形成される真性ベース領域内のエミ
ッタ領域直下部分に、上記エピタキシャル層よりも高濃
度の第2導電型の活性ベース領域を設け、この活性ベー
ス領域とコレクタ領域との接合部に、上記コレクタ領域
よりも高濃度の第1導電型の拡散領域を設けたものであ
る。
【0024】この発明の請求項10に係る半導体装置の
製造方法は、レジストマスクを用いたイオン注入によ
り、ベース領域となる第2導電型のエピタキシャル層と
第1導電型のエピタキシャル層との接合部に、上記第1
導電型のエピタキシャル層よりも高濃度の第1導電型の
拡散領域を形成し、続いて上記レジストマスクと同一マ
スクを用いたイオン注入により、上記第1導電型の拡散
領域と接するように第2導電型のエピタキシャル層内
に、この第2導電型のエピタキシャル層よりも高濃度の
第2導電型の活性ベース領域を形成し、さらに上記レジ
ストマスクと同一マスクを用いたイオン注入により、上
記活性ベース領域内に第1導電型のエミッタ領域を形成
する工程を含むものである。
【0025】この発明の請求項11に係る半導体装置
は、導電型を決定する第2導電型の不純物が、高濃度の
外部ベース領域と低濃度の外部ベース領域とにおいてそ
の種類および拡散定数が異なり、上記拡散定数の小さい
不純物により上記高濃度の外部ベース領域を、上記拡散
定数の大きい不純物により上記低濃度の外部ベース領域
をそれぞれ形成したものである。
【0026】この発明の請求項12に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板上にコレクタ領域の一部となる
第1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層の表
面に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型のエピ
タキシャル層を形成する工程と、上記半導体基板上に、
拡散定数が大小異なる2種類の第2導電型の不純物がイ
オン注入により導入されたポリシリコン膜から成るベー
ス引き出し電極を形成する工程と、イオン注入により上
記エピタキシャル層内に第2導電型の真性ベース領域を
形成する工程と、上記真性ベース領域内に第1導電型の
エミッタ領域を形成する工程と、上記ベース引き出し電
極からの熱拡散により、上記エピタキシャル層内に、上
記真性ベース領域に接続する低濃度の外部ベース領域と
高濃度の外部ベース領域とを形成する工程とを含むもの
である。
【0027】この発明の請求項13に係る半導体装置
は、第2導電型の低濃度の外部ベース領域の不純物濃度
と、この低濃度の外部ベース領域に接する第1導電型の
コレクタ領域の不純物濃度とがほぼ等しいものである。
【0028】この発明の請求項14に係る半導体装置
は、低濃度の外部ベース領域の幅を0.1〜1.0μm
で形成したものである。
【0029】この発明の請求項15に係る半導体装置
は、半導体基板上にバイポーラトランジスタとMOSト
ランジスタとが混載され、第2導電型の低濃度の第2の
ソース・ドレイン領域を第2導電型の高濃度のソース・
ドレイン領域の下層に設けたものである。
【0030】この発明の請求項16に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板に第1導電型のコレクタ領域お
よび第1導電型のウエル領域を形成する工程と、上記ウ
エル領域上の所定領域にゲート絶縁膜を介してゲート電
極を形成する工程と、レジストマスクを用いたイオン注
入により、上記コレクタ領域の所定領域に第2導電型の
低濃度の外部ベース領域を、上記ウエル領域の上記ゲー
ト電極両側に第2導電型の低濃度の第2のソース・ドレ
イン領域を、同時に形成する工程と、続いて上記レジス
トマスクと同一マスクを用いたイオン注入により、上記
低濃度の外部ベース領域内に第2導電型の高濃度の外部
ベース領域を、上記第2のソース・ドレイン領域内に第
2導電型の高濃度のソース・ドレイン領域を、同時に形
成する工程と、上記低濃度の外部ベース領域に接続させ
て上記コレクタ領域内の所定領域に、イオン注入により
第2導電型の真性ベース領域を形成する工程と、上記真
性べース領域内に第1導電型のエミッタ領域を形成する
工程とを含むものである。
【0031】この発明の請求項17に係る半導体装置
は、電極引き出しのためのコンタクト孔が設けられた層
間絶縁膜が形成され、上記コンタクト孔直下の高濃度の
外部ベース領域下層に、第2導電型の高濃度拡散領域を
設け、上記コンタクト孔直下の低濃度の外部ベース領域
下層に、第2導電型の低濃度拡散領域を設けたものであ
る。
【0032】この発明の請求項18に係る半導体装置の
製造方法は、第1導電型のコレクタ領域、第2導電型の
ベース領域および第1導電型のエミッタ領域が形成され
た半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成し、この層間
絶縁膜を選択的にエッチング除去してコンタクト孔を形
成する工程と、レジストマスクを用いたイオン注入によ
り、上記コンタクト孔直下の低濃度の外部ベース領域下
層に第2導電型の低濃度拡散領域を形成し、さらに上記
レジストマスクと同一マスクを用いたイオン注入によ
り、上記コンタクト孔直下の高濃度の外部ベース領域下
層に第2導電型の高濃度拡散層を形成する工程とを含む
ものである。
【0033】この発明の請求項19に係る半導体装置
は、電極引き出しのためのコンタクト孔が設けられた層
間絶縁膜が形成され、上記コンタクト孔直下の高濃度の
外部ベース領域下層、および上記コンタクト孔直下の高
濃度のソース・ドレイン領域下層に、第2導電型の高濃
度拡散領域を設け、上記コンタクト孔直下の低濃度の外
部ベース領域下層、および上記コンタクト孔直下の低濃
度の第2のソース・ドレイン領域下層に、第2導電型の
低濃度拡散領域を設けたものである。
【0034】この発明の請求項20に係る半導体装置の
製造方法は、第1導電型のコレクタ領域、エミッタ領域
と、第2導電型のベース領域、ソース・ドレイン領域
と、ゲート電極とが形成された半導体基板上の全面に層
間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜を選択的にエッチン
グ除去してコンタクト孔を形成する工程と、レジストマ
スクを用いたイオン注入により、上記コンタクト孔直下
の低濃度の外部ベース領域下層、および上記コンタクト
孔直下の低濃度の第2のソース・ドレイン領域下層に、
第2導電型の低濃度拡散領域を形成し、さらに上記レジ
ストマスクと同一マスクを用いたイオン注入により、上
記コンタクト孔直下の高濃度の外部ベース領域下層、お
よび上記コンタクト孔直下の高濃度のソース・ドレイン
領域下層に、第2導電型の高濃度拡散領域を形成する工
程とを含むものである。
【0035】
【作用】この発明による半導体装置は、バイポーラトラ
ンジスタの高濃度の外部ベース領域の下層に低濃度の外
部ベース領域を設けたため、従来、高濃度の外部ベース
領域とコレクタ領域とで接合を形成していた部分が、低
濃度の外部ベース領域とコレクタ領域との接合となりベ
ース・コレクタ容量が低減され、回路動作の高速化が図
れる。また、同一マスクを用いたイオン注入により、低
濃度と高濃度との2つの外部ベース領域を連続して形成
するため、高速化された半導体装置を容易に製造でき
る。
【0036】また、真性ベース領域と低濃度の外部ベー
ス領域とを同一拡散層で形成したため、ベース・コレク
タ容量が低減されて高速化が推進されるとともに、ベー
ス領域の形成工程が簡略で製造が容易になる。
【0037】また、真性ベース領域と低濃度の外部ベー
ス領域とを同一のエピタキシャル層で形成したため、コ
レクタ領域と接するベース領域が、不純物濃度のプロフ
ァイルに傾きのない、薄く均一な濃度のベース領域とな
るため、ベース・コレクタ容量が低減するとともに、安
定性も向上し、回路動作の高速化および信頼性の向上が
図れる。
【0038】また、エミッタ領域直下の真性ベース領域
とコレクタ領域との接合部に、コレクタ領域よりも高濃
度で同じ導電型の拡散領域を設けたため、エミッタ領域
直下の真性ベース領域の幅を狭く形成でき、またベース
広がり効果も防止でき、さらに、コレクタ抵抗を低減す
る効果もある。またこの拡散領域はエミッタ領域直下の
小さな領域にしか形成されないため、ベース・コレクタ
容量をほとんど増加させない。このように信頼性の高
い、高速化された半導体装置が得られる。さらに、この
ようなエミッタ領域直下に形成される拡散領域は、エミ
ッタ領域を形成するための注入マスクを用いて、エミッ
タ領域形成前にイオン注入により形成するため、製造が
容易である。
【0039】また、エピタキシャル層で形成される真性
ベース領域内のエミッタ領域直下部分に、エピタキシャ
ル層よりも高濃度の活性ベース領域を形成したため、リ
ーク電流の発生を防止してコレクタ・エミッタ間の耐圧
が向上する。さらに、このような活性ベース領域は、コ
レクタ領域との接合部に形成される上記高濃度の拡散領
域と同様に、エミッタ領域形成用の注入マスクを用いた
イオン注入によって形成するため、同一マスクを用い
て、上記拡散領域、活性ベース領域、およびエミッタ領
域を連続して形成することができ、高速化され、特性お
よび信頼性の向上した半導体装置を容易に製造できる。
【0040】また、拡散定数の大小異なる2種の不純物
を熱拡散により基板に拡散させて、低濃度の外部ベース
領域を高濃度の外部ベース領域下層に形成することによ
り、外部ベース領域が半導体基板上に形成した膜からの
不純物拡散によって形成される半導体装置にも、低濃度
の外部ベース領域が容易に形成でき、ベース・コレクタ
容量が低減でき高速化が図れる。
【0041】また、低濃度の外部ベース領域の不純物濃
度を、これに接するコレクタ領域の不純物濃度とほぼ等
しくなるように低くしたため、ベース・コレクタ容量を
最も効果的に低減できる。
【0042】また、低濃度の外部ベース領域の幅を0.
1〜1.0μmで形成したため、電圧印加時にベース・
コレクタ間にできる空乏層が、上層の高濃度の外部ベー
ス領域に達することがなく低濃度のベース領域で十分に
広がる。このためベース・コレクタ容量を効果的に低減
できる。
【0043】また、BiCMOS装置において、バイポ
ーラトランジスタには、低濃度の外部ベース領域を、M
OSトランジスタには低濃度の第2のソース・ドレイン
領域を設けたため、バイポーラトランジスタではベース
・コレクタ容量が低減され、MOSトランジスタではソ
ース・ドレイン容量が低減されるため、BiCMOS装
置の高速化が図れる。また、低濃度の外部ベース領域と
第2のソース・ドレイン領域とは、イオン注入により同
時に形成するため、上記効果を持つBiCMOS装置を
容易に製造できる。
【0044】また、コンタクト孔直下の高濃度の外部ベ
ース領域下層には高濃度拡散領域を、低濃度の外部ベー
ス領域下層には低濃度拡散領域を設けたため、低濃度の
外部ベース領域の幅を薄くすることなくコンタクト孔直
下の高濃度の外部ベース領域の幅を厚く形成でき、ベー
ス・コレクタ容量低減とコンタクト抵抗低減とを同時に
実現できる。さらに、このような高濃度拡散領域と低濃
度拡散領域とは、同一マスクを用いたイオン注入により
連続して形成するため、上記効果を持つ半導体装置を容
易に製造できる。
【0045】また、BiCMOS装置において、低濃度
の外部ベース領域と低濃度の第2のソース・ドレイン領
域を持ち、高濃度拡散領域を、高濃度の外部ベース領域
下層と高濃度のソース・ドレイン領域下層とに設け、さ
らに低濃度拡散領域を、低濃度の外部ベース領域下層と
低濃度の第2のソース・ドレイン領域下層とに設けたた
め、コンタクト抵抗が低減でき、ベース・コレクタ容量
およびソース・ドレイン容量も同時に低減できる。ま
た、同一マスクを用いたイオン注入により、上記のよう
な高濃度拡散領域および低濃度拡散領域を連続して形成
し、しかもMOSトランジスタ側の高濃度(低濃度)拡
散領域とバイポーラトンラジスタ側のそれとは同時形成
できるため、上記効果を持つBiCMOS装置を容易に
製造できる。
【0046】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。なお、従来の技術と重複する箇所は適宜その説明
を省略する。図1はこの発明の実施例1による半導体装
置の構造を、NPN型バイポーラトランジスタについて
示した断面図である。図において、1〜6、および9〜
12は従来のものと同じもの、17はP型真性ベース領
域、18はベース抵抗低減のためのP+型外部ベース領
域、19はP+型外部ベース領域18の下層にP+型外部
ベース領域18を覆うように形成されたP型外部ベース
領域で、これら真性ベース領域17、P+型外部ベース
領域18およびP型外部ベース領域19でベース領域を
構成する。
【0047】このように構成されるバイポーラトランジ
スタの製造方法を図2〜図6に基づいて以下に説明す
る。まず、従来のものと同様に、基板1に、N+型埋め
込み層2、N型エピタキシャル層3、フィールド絶縁膜
5、コレクタ電極引き出し層4、およびP+型素子分離
層6を順次形成する(図2)。
【0048】次に、基板1上の全面にホトレジスト膜1
3を形成し、ホトリソグラフィ技術によりパターン化す
る。このレジストパターン13をマスクにして基板1上
からイオン注入法により、注入エネルギー50〜200
KeV、注入量1011〜1013/cm2で例えばB等の
P型不純物イオンをN型エピタキシャル層3に注入し
て、P型外部ベース領域19を形成する。続いて、上記
レジストパターン13をマスクにして、再び基板1上か
らイオン注入法により、注入エネルギー30〜50Ke
V、注入量1014〜1016/cm2で例えばBF2等のP
型不純物イオンをP型外部ベース領域19に注入して、
+型外部ベース領域18を形成する(図3)。
【0049】次に、ホトレジスト膜13を除去した後、
新たにレジストパターン14を同様の方法で形成し、こ
れをマスクにして基板1上からイオン注入法により、注
入エネルギー20〜60KeV、注入量1013〜1015
/cm2で例えばB等のP型不純物イオンを、N型エピ
タキシャル層3、P+型外部ベース領域18およびP型
外部ベース領域19に注入して、真性ベース領域17を
形成する。これにより、P型不純物濃度が1017/cm
3程度の真性ベース領域17、1020/cm3程度のP+
型外部ベース領域18、および1016〜1017/cm3
のP型外部ベース領域19で構成されるベース領域が形
成される。ここで、上記P型外部ベース領域19は、そ
の不純物濃度は下層のN型エピタキシャル層3の不純物
濃度(1016/cm3程度)と同程度に、その厚さは、
ベース・コレクタ間に最大電圧が印加された際、P型外
部ベース領域19側の空乏層がP+型外部ベース領域1
8に達しないよう0.1〜1.0μmに形成される(図
4)。
【0050】次に、ホトレジスト膜14を除去した後、
従来のものと同様に、層間絶縁膜10およびコンタクト
孔11を形成し(図5)、N型不純物イオンをイオン注
入法により真性ベース領域17に注入してエミッタ領域
9を形成し(図6)、さらにAl合金による電極配線層
12を形成した後(図1参照)、所定の処理を施してバ
イポーラトランジスタを完成する。
【0051】上記実施例1では、P+型外部ベース領域
18の下層にP型外部ベース領域19が形成されている
ため、高濃度のP+型外部ベース領域18とN型エピタ
キシャル層3とは直接接することはなく、低濃度のP型
外部ベース領域19とN型エピタキシャル層3とでPN
接合を形成する。これによりベース・コレクタ間の空乏
幅が増加し、ベース・コレクタ容量が減少してバイポー
ラトランジスタの高速化が図れる。また、P型外部ベー
ス領域19とP+型外部ベース領域18とは、同一レジ
ストパターン13を用いてイオン注入することにより連
続して形成するため製造が容易である。
【0052】また、P型外部ベース領域19の不純物濃
度をN型エピタキシャル層3の不純物濃度と同程度まで
低く形成しているため、ベース・コレクタ間の接合容量
を効果的に低減できる。さらに、上記実施例1ではP型
外部ベース領域19の幅を0.1〜1.0μmに形成し
て、ベース・コレクタ間に最大電圧印加時の空乏層がP
+型外部ベース領域18に達しないように形成する。空
乏層が高濃度のP+型外部ベース領域18に達すると、
空乏層の伸びる割合が大幅に減少し、全体の空乏層幅が
狭くなり接合容量の増加を招く。このため、それを防止
するようにP型外部ベース領域19を0.1〜1.0μ
mの幅に形成するため、ベース・コレクタ容量を更に確
実に低減できる。
【0053】実施例2.次に、この発明の実施例2によ
る半導体装置の構造を図7を用いて説明する。図7はN
PN型バイポーラトランジスタの構造を示す断面図であ
り、図において、1〜6および9〜12は従来のものと
同じもの、18はベース抵抗低減のためのP+型外部ベ
ース領域、20は上記実施例1で示した真性ベース領域
17とP型外部ベース領域19とを同一拡散層で形成し
た拡散層としてのP型ベース領域、21はエミッタ領域
9の下のP型ベース領域20直下に形成され、コレクタ
の一部となるN型拡散領域である。
【0054】このように構成されるバイポーラトランジ
スタの製造方法を、図8〜図11に基づいて以下に示
す。まず、従来のものと同様に基板1に、N+型埋め込
み層2、N型エピタキシャル層3、フィールド絶縁膜
5、コレクタ電極引き出し層4およびP+型素子分離層
6を順次形成する。次に、基板1上の全面にホトレジス
ト膜14を形成し、ホトリソグラフィ技術によりパター
ン化する。このレジストパターン14をマスクにして、
基板1上からイオン注入法により、注入エネルギー50
〜200KeV、注入量1011〜1014/cm2で例え
ばB等のP型不純物イオンをN型エピタキシャル層3に
注入して、1015〜1017/cm3のP型不純物を含む
P型ベース領域20を形成する(図8)。
【0055】次に、ホトレジスト膜14を除去した後、
新たにレジストパターン13を同様の方法で形成し、こ
れをマスクにして、基板1上からイオン注入法により、
注入エネルギー30〜50KeV、注入量1014〜10
16/cm2で、例えばBF2等のP型不純物イオンをP型
ベース領域20に注入して、1020/cm3程度のP+
外部ベース領域18を形成する(図9)。次に、ホトレ
ジスト膜13を除去した後、従来のものと同様に、層間
絶縁膜10およびコンタクト孔を形成する(図10)。
【0056】次に、ホトレジスト膜15を除去した後、
新たにレジストパターン16を同様の方法で形成し、こ
れをマスクにして、基板1上からイオン注入法により、
注入エネルギー200〜400KeV、注入量1012
1014/cm2で、例えばP等のN型不純物イオンをP
型ベース領域20およびその直下に注入し、N型エピタ
キシャル層3よりも不純物濃度の高いN型拡散領域21
を形成する。続いて、上記レジストパターン16をマス
クにして従来のものと同様に、例えばAs等のN型不純
物イオンを注入してエミッタ領域9を形成する(図1
1)。その後、従来のものと同様の処理を施してバイポ
ーラトランジスタを完成する(図7参照)。
【0057】上記実施例2では、上記実施例1で示した
真性ベース領域17とP型外部ベース領域19とを一つ
の拡散層、P型ベース領域20で形成するため、上記実
施例1と同様にベース・コレクタ間の接合容量を低減さ
せるとともに、ベース領域の形成工程が簡略となる。ま
たエミッタ領域9下のP型ベース領域20直下に、N型
エピタキシャル層3よりも不純物濃度の高いN型拡散領
域21を形成することにより、エミッタ領域9直下のP
型ベース領域20の幅を狭く形成できて高速化が図れ、
また、ベース広がり効果も防止できる。ここで、ベース
広がり効果とは、大電流領域において、ベースからコレ
クタへ正孔が高水準に注入されて、ベース・コレクタ接
合近傍に一種のベース領域が形成され見かけ上ベース幅
が増大し、バイポーラトランジスタの特性低下を招くこ
とである。また、このN型拡散領域21は、コレクタ抵
抗を低減する効果もある。しかも、このN型拡散領域2
1はエミッタ領域9直下の小さな領域にしか形成されな
いため、ベース・コレクタ容量をほとんど増大させな
い。
【0058】また、N型拡散領域21は、エミッタ領域
9を形成する際のイオン注入に用いるレジストパターン
16を用いて、イオン注入により形成するため、形成が
容易であり、上述した効果を持つ半導体装置が容易に製
造できる。
【0059】実施例3.次に、この発明の実施例3によ
る半導体装置の構造を図12を用いて説明する。図12
はNPN型バイポーラトランジスタの構造を示す断面図
であり、図において、1〜6および9〜12は従来のも
のと同じものであり、18および21は上記実施例2と
同じものである。また、22はN型エピタキシャル層3
上に形成されたP型エピタキシャル層で、真性ベース領
域17とP型外部ベース領域19とを同一領域で形成し
たものである。23はエミッタ領域9下層を覆うように
形成されたP型の活性ベース領域18でベース領域を構
成する。また、24はP型エピタキシャル層22を分離
するためのN+型分離領域である。
【0060】このように構成されるバイポーラトランジ
スタの製造方法を図13〜図16を用いて以下に説明す
る。まず、従来のものと同様に、基板1にN+型埋め込
み層2を形成し、次に行うSiエピタキシャル成長をN
型エピタキシャル層3とP型エピタキシャル層22の2
回に分けて行う。この2層のエピタキシャル層3、22
は同程度の不純物濃度(1016/cm3程度)に形成す
る。この後、従来のものと同様に、フィールド絶縁膜
5、コレクタ電極引き出し層4、およびP+型素子分離
層6を順次形成する(図13)。
【0061】次に、基板1上の全面にホトレジスト膜2
5を形成し、ホトリソグラフィ技術によりパターン化す
る。このレジストパターン25をマスクにして、基板1
上からイオン注入法により、注入エネルギー100〜1
200KeV、注入量1012〜1014/cm2で、例え
ばP等のN型不純物イオンを注入し、P型エピタキシャ
ル層22を分離するN型分離領域24を形成する(図1
4)。
【0062】次に、ホトレジスト膜25を除去した後、
上記実施例2と同様にP型不純物イオンをP型エピタキ
シャル層22に注入してP+型外部ベース領域18を形
成し、その後、層間絶縁膜10およびコンタクト孔11
を形成する(図15)。次に、上記実施例2と同様にN
型拡散領域21を形成し、続いて同一レジストパターン
16のマスクで、基板1上からイオン注入法により、注
入エネルギー10〜30KeV、注入量1013〜1014
/cm2で、例えばB等のP型不純物イオンをP型エピ
タキシャル層22に注入して、1017/cm3程度のP
型不純物を含む活性ベース領域23を形成する。さらに
同一マスクで、上記実施例2と同様に、活性ベース領域
23にN型不純物イオンを注入してエミッタ領域9を形
成する(図16)。その後、従来のものと同様の処理を
施してバイポーラトランジスタを完成する(図12参
照)。
【0063】上記実施例3では、上記実施例2で示した
P型ベース領域20をP型エピタキシャル層24を用い
て形成するものである。このため、実施例1、2で示し
た拡散層から成るベース領域のように、注入条件の設定
が難しく、また不純物濃度のプロファイルに傾きが存在
したりすることなく、薄い濃度領域を均一に安定性良く
形成できる。このため、ベース・コレクタ容量を低減さ
せるとともに、容量の安定性も向上させる。また、エミ
ッタ領域9下層にP型エピタキシャル層24よりも不純
物濃度の高い活性ベース領域23を形成するため、リー
ク電流を防止してコレクタ・エミッタ間の耐圧を向上さ
せる。さらに、N型拡散領域21、活性ベース領域23
およびエミッタ領域9は、同一レジストパターン16を
用いたイオン注入により連続形成でき、容易に製造でき
る。
【0064】実施例4.次に、この発明の実施例4によ
る半導体装置について説明する。図17は、この発明の
実施例4による半導体装置の構造をPNP型バイポーラ
トランジスタについて示した断面図である。図におい
て、1〜6および10〜12は従来のものと同じもの、
ただし、P型とN型を反転させたものである。26はN
型の真性ベース領域、27はN+型外部ベース領域、2
8はN+型外部ベース領域27下層に形成されたN型外
部ベース領域、29はP+型のエミッタ領域、30はポ
リシリコン膜から成るエミッタ電極、31はポリシリコ
ン膜から成るベース引き出し電極、32はエミッタ・ベ
ース分離酸化膜である。
【0065】このように構成されるバイポーラトランジ
スタの製造方法を図18〜図21に基づいて以下に示
す。まず、従来のものと、P型とN型とを反転させて、
同様の方法で基板1にP+型埋め込み層、P型エピタキ
シャル層3、フィールド絶縁膜5、コレクタ電極引き出
し層4、およびN+型素子分離層6を順次形成する。次
に、基板1上の全面にポリシリコン膜31aを約0.2
μmの膜厚に堆積し、このポリシリコン膜31aに、基
板1上から全面にイオン注入法により注入エネルギー1
0〜30KeV、注入量1014〜1015/cm2でN型
のAsイオンを注入する。さらに、全面に注入エネルギ
ー10〜20KeV、注入量1010〜1013/cm2
N型のPイオンを注入する。その後、シリコン酸化膜3
2aを約0.2μmの膜厚に形成する(図18)。
【0066】次に、ホトレジスト膜によるレジストパタ
ーンを形成し、これをマスクにしてシリコン酸化膜32
aおよびポリシリコン膜31aを順次異方性エッチング
により除去することによりベース引き出し電極31を形
成する。この後レジストパターンを除去した後、基板1
上の全面に、シリコン酸化膜をCVD法により0.2〜
0.3μmの膜厚に形成し、全面をドライエッチングす
ることにより側壁酸化膜を形成して、エミッタ・ベース
分離酸化膜32を形成する(図19)。
【0067】次に、基板1上からイオン注入法により注
入エネルギー100〜200KeV、注入量1012〜1
14/cm2で例えばAs等のN型不純物イオンを、P
型エピタキシャル層3に注入して真性ベース領域26を
形成する。さらに注入エネルギー30〜60KeV、注
入量1014〜1016/cm2で例えばBF2等のP型不純
物イオンを真性ベース領域26に注入し、エミッタ領域
29を形成する。その後、基板1に800〜900℃で
数十分熱処理を施し、既にベース引き出し電極31内に
注入してあったAsおよびPをP型エピタキシャル層3
に拡散させ、主にPが拡散して形成されるN型外部ベー
ス領域28と主にAsが拡散して形成されるN+型外部
ベース領域27を形成する。ここでAsとリンの拡散定
数は、例えば900℃でそれぞれAsは10-16cm2
s、Pは10-15cm2/sであるため、拡散定数の大き
なPが拡散され易い(図20)。
【0068】次に、基板1上の全面に1020/cm3
度のP型不純物を含むドープトポリシリコン膜を形成し
てパターニングすることによりエミッタ電極30を形成
する(図21)。次に、基板1上の全面に層間絶縁膜1
0を形成して、コンタクト孔11を形成し、Al合金に
よる電極配線層12を、コンタクト孔11を介してコレ
クタ電極引き出し層4、エミッタ電極30、およびベー
ス引き出し電極31とそれぞれ接続するように形成する
(図17参照)。その後、所定の処理を施してバイポー
ラトランジスタを完成する。
【0069】上記実施例4では、ベース引き出し電極3
1に拡散定数の異なる2種類の不純物を導入し、そこか
らエピタキシャル層3へ不純物を拡散させることによ
り、N+型外部ベース領域27とその下層にN型外部ベ
ース領域28とを形成する。このため、ベース・コレク
タ容量の低減されたバイポーラトランジスタが容易に製
造できる。
【0070】実施例5.次に、この発明をBiCMOS
に適用した例について説明する。図22はこの発明の実
施例5による半導体装置の構造をBiCMOS装置につ
いて示した断面図である。図において、1〜6、9〜1
2および17〜19は上記実施例1と同じもの、33は
P型のウエル領域(以下、Pウエルと称す)、34はN
型のウエル領域(以下、Nウエルと称す)、35はN+
型ソース・ドレイン領域、36はN型LDD領域、37
はP+型ソース・ドレイン領域、38はP+型ソース・ド
レイン領域37下層に形成されたP型の第2のソース・
ドレイン領域、39はP型LDD領域である。40はゲ
ート絶縁膜、41はゲート電極、42はゲート電極41
側壁に形成されたシリコン酸化膜からなるサイドウォー
ルである。
【0071】図22に示すように、バイポーラトランジ
スタにおいては、上記実施例1と同様に、P型外部ベー
ス領域19がP+型外部ベース領域18下層に形成さ
れ、PMOSトランジスタにおいては、第2のソース・
ドレイン領域38がP+型ソース・ドレイン領域37下
層に形成されたものである。
【0072】このように構成されるBiCMOS装置の
製造方法を図23に基づいて以下に示す。まず、基板1
上にN+型埋め込み層2、N型エピタキシャル層3、フ
ィールド絶縁膜5、Pウエル33、Nウエル34、コレ
クタ電極引き出し層4およびN+型素子分離層6を公知
の方法で形成する(図23(a))。次に、基板1上の
全面にゲート絶縁膜40を約0.01μmの膜厚に形成
し、その上の全面にポリシリコン膜を0.1〜0.2μ
mの膜厚に堆積する。その後ホトレジスト膜によるレジ
ストパターンを形成して、これをマスクにして異方性エ
ッチングすることにより、基板1上にゲート絶縁膜40
を介してゲート電極41を形成する。その後、さらにレ
ジストマスクを用いたイオン注入によりN型LDD領域
36、続いてP型LDD領域39を形成する(図23
(b))。
【0073】次に、基板1上の全面にシリコン酸化膜を
形成し、全面エッチバックによりサイドウォール42を
形成し、レジストマスクを用いたイオン注入によりN+
型ソース・ドレイン領域35を形成する。さらに、その
後、基板1上の全面にホトレジスト膜43を形成しホト
リソグラフィ技術によりパターニングする。このレジス
トパターン43をマスクにして、基板1上からイオン注
入法により、注入エネルギー50〜200KeV、注入
量1011〜1013/cm2で例えばB等のP型不純物イ
オンをN型エピタキシャル層3およびNウエル34に注
入して、1016〜1017/cm3のP型不純物を含むP
型外部ベース領域19および第2のソース・ドレイン領
域38を形成する。続いて、上記レジストパターン43
をマスクにして、再び基板1上からイオン注入法によ
り、注入エネルギー30〜50KeV、注入量1014
1016/cm2で例えばBF2等のP型不純物イオンをP
型外部ベース領域19および第2のソース・ドレイン領
域38に注入して、1020/cm3程度のP型不純物を
含むP+型外部ベース領域18およびP+型ソース・ドレ
イン領域37を形成する(図23(c))。
【0074】その後、ホトレジスト膜43を除去した
後、上記実施例1と同様に、真性ベース領域17、層間
絶縁膜10、コンタクト孔11、エミッタ領域9、電極
配線層12を順次形成し、所定の処理を施してBiCM
OS装置を完成する(図22参照)。
【0075】上記実施例5では、バイポーラトランジス
タにおいて、実施例1と同様にベース・コレクタ容量が
低減でき高速化が可能になり、また、PMOSトランジ
スタにおいても、ソース・ドレイン領域とウエル領域と
の間のソース・ドレイン容量が低減でき高速化が図れ
る。通常PMOSトランジスタはキャリアが正孔である
ため、NMOSトランジスタに比べてキャリアの移動度
が小さく、従って回路スピードが遅い。上記実施例5で
は、PMOSトランジスタのP+型ソース・ドレイン領
域37下層に低濃度の第2のソース・ドレイン領域38
を設けることにより、PMOSトランジスタの動作速度
をNMOSトランジスタと同等のスピードに速めること
ができる。さらに、バイポーラトランジスタのP型外部
ベース領域19とMOSトランジスタの第2のソース・
ドレイン領域38とはイオン注入により同時に形成され
るため、上記効果を持つBiCMOS装置を容易に製造
できる。
【0076】実施例6.次に、この発明の実施例6によ
る半導体装置について説明する。図24は、この発明の
実施例6による半導体装置の構造をBiCMOS装置に
ついて示した断面図である。図に示すように、上記実施
例5で示したBiCMOS装置のコンタクト孔11直下
の領域において、P+型外部ベース領域18およびP+
ソース・ドレイン領域37の下層にコンタクト抵抗低減
用のP+型拡散領域44が形成され、その下のP型外部
ベース領域19および第2のソース・ドレイン領域38
の下層にP型拡散領域45が形成されたものである。
【0077】このように構成されるBiCMOS装置の
製造方法を図25に基づいて以下に説明する。まず、上
記実施例5と同様にして基板1上に素子構成し、層間絶
縁膜10にコンタクト孔11を設けたものを製造する
(図25(a))。次に、基板1上の全面にホトレジス
ト膜46を形成してホトリソグラフィ技術によりパター
ニングする。このレジストパターン46をマスクにし
て、基板1上からイオン注入法により、注入エネルギー
20〜300KeV、注入量1011〜1013/cm2
例えばB等のP型不純物イオンを注入し、コンタクト孔
11直下における、P型外部ベース領域19および第2
のソース・ドレイン領域38の下層にP型拡散領域45
を形成する。続いて上記レジストパターン46をマスク
にして、再び基板1上からイオン注入法により、注入エ
ネルギー20〜100KeV、注入量1014〜1015
cm2で例えばBF2等のP型不純物イオンを注入し、コ
ンタクト孔11直下におけるP+型外部ベース領域18
およびP+型ソース・ドレイン領域37の下層にP+型拡
散領域44を形成する(図25(b))。この後ホトレ
ジスト膜46を除去し、電極配線層12を形成し、所定
の処理を施してBiCMOS装置を完成する(図24参
照)。
【0078】上記実施例6では、コンタクト孔11直下
のP+型ベース領域18およびP+型ソース・ドレイン領
域37下層にP+型拡散領域44を形成するため、コン
タクト孔11直下の高濃度領域が厚くなりコンタクト抵
抗が低減できる。このP+型拡散領域44の形成により
図26に示すように、下層のP型外部ベース領域19お
よび第2のソース・ドレイン領域38の幅が狭くなる。
このためP型拡散領域45の形成により、低濃度領域の
幅が狭くなるのを防止して、ベース・コレクタ容量およ
びソース・ドレイン容量の低減を図る。さらにP型拡散
領域45とP+型拡散領域44とは、同一レジストパタ
ーン46を用いたイオン注入により連続形成でき、容易
に製造できる。
【0079】なお、上記実施例6では、上記実施例5で
示したBiCMOS装置にP+型拡散領域44およびP
型拡散領域45を設けたものを示したが、上記実施例1
〜4のバイポーラトランジスタのいずれのものにも適用
でき、バイポーラトランジスタのベース領域のコンタク
ト抵抗が低減でき、しかもベース・コレクタ容量も低減
できる。
【0080】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、バイ
ポーラトランジスタの高濃度の外部ベース領域の下層に
低濃度の外部ベース領域を設けたため、ベース・コレク
タ容量が低減され、半導体装置の動作速度が高速化され
る。また、低濃度と高濃度との2つの外部ベース領域
を、同一マスクを用いたイオン注入で連続して形成する
ため、高速化された半導体装置を容易に製造できる。
【0081】また、真性ベース領域と低濃度の外部ベー
ス領域とを同一拡散層で形成したため、ベース領域の形
成工程が簡略となり、高速化された半導体装置を容易に
製造できる。
【0082】また、真性ベース領域と低濃度の外部ベー
ス領域とを同一のエピタキシャル層で形成したため、薄
く均一な濃度のベース領域が形成され、ベース・コレク
タ容量の低減化と安定化が図れ、半導体装置の動作速度
が高速化され、信頼性も向上する。
【0083】また、エミッタ領域直下の真性ベース領域
とコレクタ領域との接合部に、コレクタ領域よりも高濃
度な拡散領域を設けたため、エミッタ領域直下のベース
幅を狭くできるとともに、ベース広がり効果を防止し、
コレクタ抵抗も低減できる、特性および信頼性の向上し
た半導体装置が得られる。さらに、このような拡散領域
は、エミッタ領域と同一マスクを用いたイオン注入によ
り連続形成できるため、上記効果を持つ半導体装置を容
易に製造できる。
【0084】また、エミッタ領域直下のベース濃度を高
くする活性ベース領域を設けたため、リーク電流の発生
を防止してコレクタ・エミッタ間の耐圧の向上した信頼
性の高い半導体装置が得られる。さらに、エミッタ領域
直下の上記拡散領域、活性ベース領域、およびエミッタ
領域は同一マスクを用いたイオン注入により連続形成で
きるため、半導体装置を容易に製造できる。
【0085】また、拡散定数の大小2種の不純物によ
り、低濃度の外部ベース領域と高濃度の外部ベース領域
とをそれぞれ形成するため、外部ベース領域が半導体基
板上に形成した膜からの不純物拡散によって形成される
半導体装置にも、低濃度の外部ベース領域が容易に形成
でき、ベース・コレクタ容量が低減でき高速化が図れ
る。
【0086】また、低濃度の外部ベース領域の不純物濃
度を、これに接するコレクタ領域の不純物濃度とほぼ等
しくしたため、ベース・コレクタ容量を効果的に低減で
きる。
【0087】また、低濃度の外部ベース領域の幅を0.
1〜1.0μmで形成したため、空乏層が電圧印加時に
高濃度の外部ベース領域に達することなく、ベース・コ
レクタ容量を効果的に低減できる。
【0088】また、BiCMOS装置において、低濃度
の外部ベース領域と低濃度の第2のソース・ドレイン領
域とを設けたために、ベース・コレクタ容量とソース・
ドレイン容量とが低減でき、BiCMOS装置の高速化
が図れる。さらに、低濃度の外部ベース領域と低濃度の
第2のソース・ドレイン領域とは、同一マスクでイオン
注入により同時に形成できるため、上記効果を持つBi
CMOS装置が容易に製造できる。
【0089】また、コンタクト孔直下のベース領域に、
コンタクト抵抗低減用となる高濃度拡散領域と、ベース
・コレクタ容量低減用となる低濃度拡散領域とを設けた
ため、コンタクト抵抗低減とベース・コレクタ容量低減
との2つの効果を併せ持つ半導体装置が得られる。さら
に、低濃度拡散領域と高濃度拡散領域とは、同一マスク
を用いたイオン注入により連続形成できるため、上記効
果を持つ半導体装置が容易に製造できる。
【0090】また、BiCMOS装置において、MOS
トランジスタにもコンタクト孔直下のソース・ドレイン
領域に低濃度拡散領域と高濃度拡散領域とを設けたた
め、MOSトランジスタ側でもコンタクト抵抗低減とソ
ース・ドレイン容量低減との効果を持ち、高速化され、
信頼性の向上したBiCMOS装置が得られる。さら
に、MOSトランジスタ側の高濃度(低濃度)拡散領域
はバイポーラトランジスタ側のそれと同時形成できるた
め、上記効果を持つBiCMOS装置が容易に製造でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1による半導体装置の構造
を示す断面図である。
【図2】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。
【図3】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。
【図4】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。
【図5】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。
【図6】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。
【図7】 この発明の実施例2による半導体装置の構造
を示す断面図である。
【図8】 この発明の実施例2による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。
【図9】 この発明の実施例2による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。
【図10】 この発明の実施例2による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図11】 この発明の実施例2による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図12】 この発明の実施例3による半導体装置の構
造を示す断面図である。
【図13】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図14】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図15】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図16】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図17】 この発明の実施例4による半導体装置の構
造を示す断面図である。
【図18】 この発明の実施例4による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図19】 この発明の実施例4による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図20】 この発明の実施例4による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図21】 この発明の実施例4による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。
【図22】 この発明の実施例5による半導体装置の構
造を示す断面図である。
【図23】 この発明の実施例5による半導体装置の製
造方法を示す断面図である。
【図24】 この発明の実施例6による半導体装置の構
造を示す断面図である。
【図25】 この発明の実施例6による半導体装置の製
造方法を示す断面図である。
【図26】 この発明の実施例6の効果を説明する断面
図である。
【図27】 従来の半導体装置の構造を示す断面図であ
る。
【図28】 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図29】 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図30】 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図31】 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図32】 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図33】 従来の半導体装置の動作を説明する断面図
である。
【符号の説明】
1 半導体装置、2 第1導電型の埋め込み層(コレク
タ領域)、3 第1導電型のエピタキシャル層(コレク
タ領域)、4 コレクタ電極引き出し層(コレクタ領
域)、9 エミッタ領域、10 層間絶縁膜、11 コ
ンタクト孔、13,16 レジストマスク、17 真性
ベース領域、18 高濃度の外部ベース領域、19 低
濃度の外部ベース領域、20 拡散層としてのベース領
域、21 第1導電型の拡散領域、22 第2導電型の
エピタキシャル層(ベース領域)、23 活性ベース領
域、24 分離領域、26 真性ベース領域、27 高
濃度の外部ベース領域、28 低濃度の外部ベース領
域、29 エミッタ領域、31 ベース引き出し電極、
34 第1導電型のウエル領域、37 高濃度のソース
・ドレイン領域、38 低濃度の第2のソース・ドレイ
ン領域、40 ゲート絶縁膜、41 ゲート電極、43
レジストマスク、44 高濃度拡散領域、45 低濃
度拡散領域、46 レジストマスク。
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に、第1導電型のコレクタ領
    域と、低濃度の真性ベース領域および電極引き出し層と
    なる高濃度の外部ベース領域を有する第2導電型のベー
    ス領域と、第1導電型のエミッタ領域とを有するバイポ
    ーラトランジスタを含む半導体装置において、上記高濃
    度の外部ベース領域の下層に、上記ベース領域の一部と
    なる第2導電型の低濃度の外部ベース領域を設けたこと
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にコレクタ領域の一部とな
    る第1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層の
    表面に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型のエ
    ピタキシャル層を形成する工程と、上記エピタキシャル
    層の所定領域に、レジストマスクを用いたイオン注入に
    より第2導電型の低濃度の外部ベース領域を形成し、さ
    らにこの低濃度の外部ベース領域内に、上記レジストマ
    スクと同一マスクを用いたイオン注入により第2導電型
    の高濃度の外部ベース領域を形成する工程と、上記低濃
    度の外部ベース領域に接続させて上記エピタキシャル層
    の所定領域にイオン注入により第2導電型の真性ベース
    領域を形成する工程と、上記真性ベース領域内に第1導
    電型のエミッタ領域を形成する工程とを含むことを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 真性ベース領域と低濃度の外部ベース領
    域とを同一拡散層で形成したことを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 半導体基板上にコレクタ領域の一部とな
    る第1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層の
    表面に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型のエ
    ピタキシャル層を形成する工程と、上記エピタキシャル
    層の所定領域に、イオン注入によりベース領域となる第
    2導電型の拡散層を形成する工程と、上記拡散層内に、
    イオン注入により第2導電型の高濃度の外部ベース領域
    を形成する工程と、上記拡散層内に、第1導電型のエミ
    ッタ領域を形成する工程とを含むことを特徴とする請求
    項3記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 真性ベース領域と低濃度の外部ベース領
    域とを同一の第2導電型のエピタキシャル層で形成し、
    このエピタキシャル層分離用の第1導電型の分離領域を
    設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 半導体基板上にコレクタ領域の一部とな
    る第1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層の
    表面に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型のエ
    ピタキシャル層を形成する工程と、上記第1導電型のエ
    ピタキシャル層上にベース領域となる第2導電型のエピ
    タキシャル層を形成する工程と、分離領域を形成した
    後、上記第2導電型のエピタキシャル層内に、イオン注
    入により第2導電型の高濃度の外部ベース領域を形成す
    る工程と、上記第2導電型のエピタキシャル層内に、第
    1導電型のエミッタ領域を形成する工程とを含むことを
    特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 エミッタ領域直下の真性ベース領域とコ
    レクタ領域との接合部に、上記コレクタ領域よりも高濃
    度の第1導電型の拡散領域を設けたことを特徴とする請
    求項3または5記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 レジストマスクを用いたイオン注入によ
    り、ベース領域と第1導電型のエピタキシャル層との接
    合部に、上記第1導電型のエピタキシャル層よりも高濃
    度の第1導電型の拡散領域を形成し、続いて上記レジス
    トマスクと同一マスクを用いたイオン注入により、上記
    ベース領域内にエミッタ領域を形成する工程を含むこと
    を特徴とする請求項4または6記載の半導体装置の製造
    方法。
  9. 【請求項9】 エピタキシャル層で形成される真性ベー
    ス領域内のエミッタ領域直下部分に、上記エピタキシャ
    ル層よりも高濃度の第2導電型の活性ベース領域を設
    け、この活性ベース領域とコレクタ領域との接合部に、
    上記コレクタ領域よりも高濃度の第1導電型の拡散領域
    を設けたことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 レジストマスクを用いたイオン注入に
    より、ベース領域となる第2導電型のエピタキシャル層
    と第1導電型のエピタキシャル層との接合部に、上記第
    1導電型のエピタキシャル層よりも高濃度の第1導電型
    の拡散領域を形成し、続いて上記レジストマスクと同一
    マスクを用いたイオン注入により、上記第1導電型の拡
    散領域と接するように第2導電型のエピタキシャル層内
    に、この第2導電型のエピタキシャル層よりも高濃度の
    第2導電型の活性ベース領域を形成し、さらに上記レジ
    ストマスクと同一マスクを用いたイオン注入により、上
    記活性ベース領域内に第1導電型のエミッタ領域を形成
    する工程を含むことを特徴とする請求項6記載の半導体
    装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 導電型を決定する第2導電型の不純物
    が、高濃度の外部ベース領域と低濃度の外部ベース領域
    とにおいてその種類および拡散定数が異なり、上記拡散
    定数の小さい不純物により上記高濃度の外部ベース領域
    を、上記拡散定数の大きい不純物により上記低濃度の外
    部ベース領域をそれぞれ形成したことを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 半導体基板上にコレクタ領域の一部と
    なる第1導電型の埋め込み層を形成し、この埋め込み層
    の表面に同じくコレクタ領域の一部となる第1導電型の
    エピタキシャル層を形成する工程と、上記半導体基板上
    に、拡散定数が大小異なる2種類の第2導電型の不純物
    がイオン注入により導入されたポリシリコン膜から成る
    ベース引き出し電極を形成する工程と、イオン注入によ
    り上記エピタキシャル層内に第2導電型の真性ベース領
    域を形成する工程と、上記真性ベース領域内に第1導電
    型のエミッタ領域を形成する工程と、上記ベース引き出
    し電極からの熱拡散により、上記エピタキシャル層内
    に、上記真性ベース領域に接続する低濃度の外部ベース
    領域と高濃度の外部ベース領域とを形成する工程とを含
    むことを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造
    方法。
  13. 【請求項13】 第2導電型の低濃度の外部ベース領域
    の不純物濃度と、この低濃度の外部ベース領域に接する
    第1導電型のコレクタ領域の不純物濃度とがほぼ等しい
    ことを特徴とする請求項1、3、5、7、9または11
    のいずれかに記載の半導体装置。
  14. 【請求項14】 低濃度の外部ベース領域の幅を0.1
    〜1.0μmで形成したことを特徴とする請求項1、
    3、5、7、9、11または13のいずれかに記載の半
    導体装置。
  15. 【請求項15】 半導体基板上にバイポーラトランジス
    タとMOSトランジスタとが混載され、第2導電型の低
    濃度の第2のソース・ドレイン領域を第2導電型の高濃
    度のソース・ドレイン領域の下層に設けたことを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】 半導体基板に第1導電型のコレクタ領
    域および第1導電型のウエル領域を形成する工程と、上
    記ウエル領域上の所定領域にゲート絶縁膜を介してゲー
    ト電極を形成する工程と、レジストマスクを用いたイオ
    ン注入により、上記コレクタ領域の所定領域に第2導電
    型の低濃度の外部ベース領域を、上記ウエル領域の上記
    ゲート電極両側に第2導電型の低濃度の第2のソース・
    ドレイン領域を、同時に形成する工程と、続いて上記レ
    ジストマスクと同一マスクを用いたイオン注入により、
    上記低濃度の外部ベース領域内に第2導電型の高濃度の
    外部ベース領域を、上記第2のソース・ドレイン領域内
    に第2導電型の高濃度のソース・ドレイン領域を、同時
    に形成する工程と、上記低濃度の外部ベース領域に接続
    させて上記コレクタ領域内の所定領域に、イオン注入に
    より第2導電型の真性ベース領域を形成する工程と、上
    記真性べース領域内に第1導電型のエミッタ領域を形成
    する工程とを含むことを特徴とする請求項15記載の半
    導体装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 電極引き出しのためのコンタクト孔が
    設けられた層間絶縁膜が形成され、上記コンタクト孔直
    下の高濃度の外部ベース領域下層に、第2導電型の高濃
    度拡散領域を設け、上記コンタクト孔直下の低濃度の外
    部ベース領域下層に、第2導電型の低濃度拡散領域を設
    けたことを特徴とする請求項1、3、5、7、9、1
    1、13または14のいずれかに記載の半導体装置。
  18. 【請求項18】 第1導電型のコレクタ領域、第2導電
    型のベース領域および第1導電型のエミッタ領域が形成
    された半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成し、この
    層間絶縁膜を選択的にエッチング除去してコンタクト孔
    を形成する工程と、レジストマスクを用いたイオン注入
    により、上記コンタクト孔直下の低濃度の外部ベース領
    域下層に第2導電型の低濃度拡散領域を形成し、さらに
    上記レジストマスクと同一マスクを用いたイオン注入に
    より、上記コンタクト孔直下の高濃度の外部ベース領域
    下層に第2導電型の高濃度拡散層を形成する工程とを含
    むことを特徴とする請求項2、4、6、8または10の
    いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 電極引き出しのためのコンタクト孔が
    設けられた層間絶縁膜が形成され、上記コンタクト孔直
    下の高濃度の外部ベース領域下層、および上記コンタク
    ト孔直下の高濃度のソース・ドレイン領域下層に、第2
    導電型の高濃度拡散領域を設け、上記コンタクト孔直下
    の低濃度の外部ベース領域下層、および上記コンタクト
    孔直下の低濃度の第2のソース・ドレイン領域下層に、
    第2導電型の低濃度拡散領域を設けたことを特徴とする
    請求項15記載の半導体装置。
  20. 【請求項20】 第1導電型のコレクタ領域、エミッタ
    領域と、第2導電型のベース領域、ソース・ドレイン領
    域と、ゲート電極とが形成された半導体基板上の全面に
    層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜を選択的にエッチ
    ング除去してコンタクト孔を形成する工程と、レジスト
    マスクを用いたイオン注入により、上記コンタクト孔直
    下の低濃度の外部ベース領域下層、および上記コンタク
    ト孔直下の低濃度の第2のソース・ドレイン領域下層
    に、第2導電型の低濃度拡散領域を形成し、さらに上記
    レジストマスクと同一マスクを用いたイオン注入によ
    り、上記コンタクト孔直下の高濃度の外部ベース領域下
    層、および上記コンタクト孔直下の高濃度のソース・ド
    レイン領域下層に、第2導電型の高濃度拡散領域を形成
    する工程とを含むことを特徴とする請求項16記載の半
    導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011119344A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Panasonic Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2012244098A (ja) * 2011-05-24 2012-12-10 Semiconductor Components Industries Llc 半導体装置及びその製造方法

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