JPH08107118A - バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

バイポーラトランジスタの製造方法

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JPH08107118A
JPH08107118A JP6262046A JP26204694A JPH08107118A JP H08107118 A JPH08107118 A JP H08107118A JP 6262046 A JP6262046 A JP 6262046A JP 26204694 A JP26204694 A JP 26204694A JP H08107118 A JPH08107118 A JP H08107118A
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JP
Japan
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type
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emitter
intrinsic base
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Application number
JP6262046A
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English (en)
Inventor
Nobuo Inami
稲見信夫
Toru Hoshino
透 星野
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速、かつ高耐圧のLEC構造バイポーラト
ランジスタの製造方法を提供する。 【構成】 真性ベース領域とエミッタ領域の間のエピタ
キシャル層中に、エピタキシャル層の不純物が残らない
ように、イオン注入により、低濃度エミッタ領域を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バイポーラトランジス
タ、特にLEC(Low Emitter Concentration)構造の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在バイポーラトランジスタは、二重拡
散によりエミッタ領域及びベース領域を形成しており、
イオン注入技術の進歩により、各拡散層の接合を浅く、
かつ高濃度に形成することができ、微細化が図られてき
た。しかし、高濃度接合になるに従い、結晶欠陥や内部
電界が大きくなり、雑音が問題となっていた。
【0003】一方低雑音トランジスタとして、図9に示
すLEC構造のバイポーラトランジスタが提案されてい
る。このバイポーラトランジスタは、例えば次のような
製造方法により形成される。まず、P型シリコン基板1
上にコレクタ電極の一部を構成するN型埋込層2と、P
型埋込層からなるチャネルストッパー3を形成し、その
後、N型エピタキシャル層4を成長させる。リセス型L
OCOS酸化膜5により素子分離を行い、コレクタウォ
ール6を形成する。全面に絶縁膜7を形成した後、外部
ベース領域8をイオン注入により形成するため、外部ベ
ース形成予定領域を露出させたイオン注入用マスク9を
絶縁膜7上に形成する。その後、絶縁膜7を通して、N
型エピタキシャル層4中にP型不純物をイオン注入し
(図6)、イオン注入用マスク9を除去した後、熱拡散
を行い、外部ベース領域8を形成する。
【0004】次に、真性ベース領域10を形成するた
め、絶縁膜7上に別のイオン注入用マスク11を真性ベ
ース形成予定領域を露出させて形成し、絶縁膜7を通し
てN型エピタキシャル層4中にP型不純物をイオン注入
する(図7)。イオン注入用マスク11を除去した後、
熱拡散を行い、外部ベース領域8と接続させ、真性ベー
ス領域10を形成する。
【0005】エミッタ電極及びコレクタ電極を形成する
ため、エミッタ電極及びコレクタ電極形成予定領域の絶
縁膜7をエッチング除去した後、電極金属12を全面に
被着させる。電極金属は、ポリシリコンを用いる。電極
金属12から、エミッタ領域を形成する際の不純物とな
るN型不純物を電極金属12全面にイオン注入する。こ
こで、先に形成した電極金属であるポリシリコンの代わ
りに、ドープドポリシリコンを用いた場合には、電極金
属へのイオン注入工程を省略することができる。次に、
電極金属12上に電極金属をパターニングするため、エ
ミッタ電極及びコレクタ電極形成予定領域に、エッチン
グ用マスク13を形成する(図8)。
【0006】電極金属12をエッチングし、エミッタ電
極14とコレクタ電極15を形成する。その後、熱拡散
を行い、エミッタ電極14からN型不純物をN型エピタ
キシャル層4中に拡散させ、エミッタ領域16を形成す
る。このエミッタ領域16と、先に形成した真性ベース
領域10との間のエピタキシャル層が、低濃度エミッタ
領域17となる(図9)。
【0007】上記のように形成された従来のLEC構造
のバイポーラトランジスタは、低濃度エミッタ領域17
がエピタキシャル層で構成される。エミッタ領域、真性
ベース領域部分の断面の不純物濃度分布を図10に示
す。図に示すように、低濃度エミッタ領域は不純物を注
入あるいは拡散しないN型エピタキシャル層(図中n-
で示す)で構成されるため、真性ベース領域(図中pで
示す)を深く形成する必要がある。真性ベース領域を、
P型不純物を表面から深い位置にイオン注入し形成する
と、真性ベース領域の幅が拡がることもわかる。例え
ば、P型不純物としてボロンを打ち込みエネルギー18
0KeV、注入量2.0E12/cm2で注入し、熱拡
散1000℃、20秒を行うと、不純物濃度のピーク値
が、5000オングストロームの深さで、4000オン
グストロームの幅を持つ不純物領域が形成されることに
なる。この様に形成されたバイポーラトランジスタは、
エミッタ−ベース間耐圧は十分にあるが、高速動作に問
題があった(fT=2GHz)。
【0008】バイポーラトランジスタの高速化を図るた
めには、真性ベース領域を浅く形成する必要があるが、
一方低濃度エミッタ領域がなくなるほど浅く形成し、エ
ミッタ領域とベース領域が接触すると、エミッタ−ベー
ス間耐圧が低下するという問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法では、
低濃度エミッタ領域をエピタキシャル層で形成していた
ため、真性ベース領域を深く形成する必要があり、それ
に伴いベース幅が拡がり、バイポーラトランジスタの高
速化を図ることができなかった。また、バイポーラトラ
ンジスタの高速化を図るため、真性ベース領域を浅く形
成すると、高濃度の真性ベース領域とエミッタ領域が接
触し、エミッタ−ベース間耐圧が低下するという問題が
あった。本発明は、上記問題を解決することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、一導電型の半導体基板上に、逆導電型の埋込
層を形成し、該埋込層上に逆導電型のエピタキシャル層
を成長させ、素子分離を行い、逆導電型のコレクタ領域
を形成した半導体上に、一導電型のベース領域と逆導電
型のエミッタ領域を形成する際、該ベース領域とエミッ
タ領域間に、該ベース領域及びエミッタ領域より不純物
濃度の低い逆導電型の半導体領域を形成するバイポーラ
トランジスタの製造方法において、前記エピタキシャル
層中に前記ベース領域を形成する工程と、前記半導体表
面からイオン注入し、前記半導体領域を形成する工程
と、前記半導体表面に前記エミッタ領域を形成する工程
とを含むことと、前記半導体領域は、前記ベース領域と
エミッタ領域との接合面に、不純物が注入あるいは拡散
されない前記エピタキシャル層が残らない領域として形
成させることを特徴とするものである。
【0011】
【実施例】以下、NPNバイポーラトランジスタの製造
方法を例にとり、本発明の一実施例を説明する。まず、
外部ベース領域を形成するまでの工程は、従来例で説明
した工程とほぼ同様である。即ち、P型シリコン基板上
にコレクタ電極の一部を構成するN型埋込層と、P型埋
込層からなるチャネルストッパーを形成し、その後、N
型エピタキシャル層4を成長させる。このときN型エピ
タキシャル層4の厚さは、従来の製造方法のエピタキシ
ャル層の厚さと比較して、1/2から1/3の厚さで十
分である。リセス型LOCOS酸化膜5により素子分離
を行い、コレクタウォールを形成する。全面に二酸化シ
リコン膜400オングストロームからなる絶縁膜7を形
成した後、外部ベース領域をイオン注入により形成する
ため、外部ベース形成予定領域を露出させたイオン注入
用マスク9(ホトレジスト)を絶縁膜7上に形成する。
その後、絶縁膜7を通してN型エピタキシャル層4中に
P型不純物をイオン注入し、イオン注入用マスク9を除
去した後、熱拡散を行い、外部ベース領域8を形成す
る。図1にエミッタ及びベース領域の形成予定領域のみ
の拡大図を示す。図に示していないコレクタウォール部
分等の形成方法は、従来例と同様で良く、また別の製造
方法で形成することも可能であるので、以下の説明は、
コレクタウォール部分等の説明を省略し、説明する。
【0012】次に、真性ベース領域10を形成するた
め、絶縁膜7上に別のイオン注入用マスク11(ホトレ
ジスト)を真性ベース形成予定領域を露出させて形成
し、絶縁膜7を通してN型エピタキシャル層4中にP型
不純物を注入する。注入条件は、P型不純物としてボロ
ンを打ち込みエネルギー60KeV、注入量7E12/
cm2とする。その後、低濃度エミッタ領域を形成する
ため、真性ベース領域の形成に使用したイオン注入用マ
スク11を使用して、N型エピタキシャル層4中にN型
不純物を注入する(図2)。このときの注入条件は、N
型不純物としてリンを、打ち込みエネルギー60Ke
V、注入量1.5E12/cm2とする。イオン注入用
マスク11を除去した後、真性ベース領域10及び低濃
度エミッタ領域17を形成するため、900℃、20分
間の熱拡散を行う。その結果、真性ベース領域10とな
るP型不純物領域が、深さ2000オングストローム、
不純物濃度のピーク値5E17/cm3となる。この真
性ベース領域が形成される深さは、従来の1/2〜1/
3程度の深さである(通常、打ち込みエネルギー100
〜500KeVで注入すると、3000〜11000オ
ングストロームの深さに不純物濃度のピークを持つ不純
物領域が形成される。)。また、低濃度エミッタ領域1
7となるN型不純物領域は、深さ250オングストロー
ム、不純物濃度のピーク値1.5E17/cm3とな
る。この低濃度エミッタ領域と真性ベース領域との接合
面では、注入された不純物がキャンセルし合い、不純物
濃度が非常に低い接合面を形成する。
【0013】以下の工程は、従来例で説明した工程とほ
ぼ同様である。即ち、エミッタ電極を形成するため、エ
ミッタ電極形成予定領域の絶縁膜7をエッチング除去
し、電極金属12を全面に被着させる。電極金属は、例
えばポリシリコンを3500オングストローム被着させ
る。電極金属12から、エミッタ領域を形成する際の不
純物となるN型不純物を電極金属12全面にイオン注入
する。注入条件は例えば、砒素を打ち込みエネルギー6
0KeV、注入量1E16/cm2で注入する。ここで
先に形成した電極金属が、ポリシリコンの代わりに、ド
ープドポリシリコンである場合には、電極金属へのイオ
ン注入工程を省略することができる。次に、電極金属1
2上に電極金属をパターニングするため、エミッタ電極
形成予定領域に、エッチング用マスク13(ホトレジス
ト)を形成する(図3)。
【0014】電極金属12をエッチングし、エミッタ電
極14を形成する。その後、熱拡散を行い、エミッタ電
極14からN型不純物をN型エピタキシャル層4中に拡
散させ、エミッタ領域16を形成する(図4)。このと
き、エミッタ領域16と先に形成した低濃度エミッタ領
域17との間には、不純物が注入あるいは拡散されてい
ないN型エピタキシャル層が残らないように、エミッタ
領域及び低濃度エミッタ領域の深さ、拡散幅等が決めら
れる。
【0015】以上のように形成したバイポーラトランジ
スタのエミッタ領域、真性ベース領域部分断面の不純物
濃度分布を図5に示す。従来の不純物濃度分布と比較す
ると、真性ベース領域が形成される深さが、1/2〜1
/3ほど浅くなり、それに伴い真性ベース領域の拡散
幅、即ちベース幅が狭くなる。このように形成したバイ
ポーラトランジスタは、遮断周波数fT=4GHz以
上、エミッタ−ベース間耐圧VEB=8.0V以上とな
り、高速化と、高耐圧化を同時に達成することができ
た。
【0016】以上NPNバイポーラトランジスタを例に
取り説明したが、PNPバイポーラトランジスタの場合
も、それぞれの導電型を逆に形成することで、同様に形
成することができる。さらに本発明のバイポーラトラン
ジスタは、上記構造に加えて、真性ベース領域とコレク
タ領域の接合面の真性ベース領域側に、イオン注入によ
りコレクタ領域と同じ導電型を有する低濃度の不純物領
域を形成することで、真性ベース領域幅、即ちベース幅
を大幅に短縮することも可能である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法に
よれば、真性ベース領域をイオン注入で、浅く形成し、
さらに低濃度エミッタ領域を真性ベース領域とエミッタ
領域間に、N型エピタキシャル層を残さないように、イ
オン注入で薄く形成しているため、従来達成することが
できなかった、高速化と高耐圧化を同時に達成すること
ができた。また、低濃度エミッタ領域、真性ベース領域
ともイオン注入によって形成しているため、電流増幅率
hFEのばらつきが小さく抑えられた。さらに、ベース、
低濃度エミッタ領域の接合面で相互にキャンセルする不
純物量が少ないため、ノイズを小さく抑えることができ
た。高濃度エミッタ領域と高濃度の外部ベース領域を接
触させない構造からも、エミッタ−ベース間耐圧の低
下、ノイズの増加を防止することができた。エピタキシ
ャル層の厚さを薄くすることによって、素子の高密度化
も可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の製造方法を示す説明図であ
る。
【図2】本発明の一実施例の製造方法を示す説明図であ
る。
【図3】本発明の一実施例の製造方法を示す説明図であ
る。
【図4】本発明の一実施例の製造方法を示す説明図であ
る。
【図5】本発明の一実施例の製造方法による不純物濃度
分布を示す説明図である。
【図6】従来の製造方法を示す説明図である。
【図7】従来の製造方法を示す説明図である。
【図8】従来の製造方法を示す説明図である。
【図9】従来の製造方法を示す説明図である。
【図10】従来の製造方法による不純物濃度分布を示す
説明図である。
【符合の説明】
1 P型シリコン基板 2 N型埋込層 3 チャネルストッパー 4 N型エピタキシャル層 5 リセス型LOCOS酸化膜 6 コレクタウォール 7 絶縁膜 8 外部ベース領域 9 イオン注入用マスク 10 真性ベース領域 11 イオン注入用マスク 12 電極金属 13 エッチング用マスク 14 エミッタ電極 15 コレクタ電極 16 エミッタ領域 17 低濃度エミッタ領域
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 21/761 H01L 21/76 J

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板上に、逆導電型の
    埋込層を形成し、該埋込層上に逆導電型のエピタキシャ
    ル層を成長させ、素子分離を行い、逆導電型のコレクタ
    領域を形成した半導体上に、一導電型のベース領域と逆
    導電型のエミッタ領域を形成する際、該ベース領域とエ
    ミッタ領域間に、該ベース領域及びエミッタ領域より不
    純物濃度の低い逆導電型の半導体領域を形成するバイポ
    ーラトランジスタの製造方法において、 前記エピタキシャル層中に前記ベース領域を形成する工
    程と、前記半導体表面からイオン注入し、前記半導体領
    域を形成する工程と、前記半導体表面に前記エミッタ領
    域を形成する工程とを含むことと、 前記半導体領域は、前記ベース領域及びエミッタ領域と
    の接合面に、不純物が注入あるいは拡散されない前記エ
    ピタキシャル層が残らない領域として形成されることを
    特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
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