JPH11307544A - バイポーラトランジスタ及び半導体集積回路装置 - Google Patents

バイポーラトランジスタ及び半導体集積回路装置

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JPH11307544A
JPH11307544A JP10146241A JP14624198A JPH11307544A JP H11307544 A JPH11307544 A JP H11307544A JP 10146241 A JP10146241 A JP 10146241A JP 14624198 A JP14624198 A JP 14624198A JP H11307544 A JPH11307544 A JP H11307544A
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bipolar transistor
silicon layer
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Naoto Saito
直人 斎藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易なプロセスで、ばらつきの少ない安定な
バイポ−ラトランジスタを提供する。 【解決手段】 一般的に汎用な材料である多結晶シリコ
ン層をマスクとして、不純物導入を行うことにより、バ
イポ−ラトランジスタの主要な各不純物領域を自己整合
的に形成できる。これは、同一基板に絶縁電界効果トラ
ンジスタが存在するBiCMOSにおいてもあてはま
る。これらのプロセスは従来のプロセスに多くのステッ
プを付加することなく実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、バイポ−ラ型半
導体装置およびバイポ−ラ型とMIS型半導体装置を同
一基板に形成した半導体集積回路装置の構成に関わり、
定電圧出力機能や定電流出力機能を有する電源用半導体
集積回路装置を含む半導体集積回路装置の構成に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のバイポ−ラ型半導体装置のベ−ス
領域上は、比較的薄い酸化膜のみであり、その上は層間
絶縁膜やパッシベーション膜であるため、ベース領域表
面への様々な影響が考えられ、バイポーラトランジスタ
の特性ばらつきを大きくしたり、特性の径時変化をもた
らすことがあった。また、ベ−ス電極領域、エミッタ領
域は、酸化膜のエッチング工程により決まったり、それ
ぞれ別のアライメントによって位置を決められていたた
め、アライメントステップが多くなり位置合わせのエラ
−が増加する。あるいは、酸化膜エッチングによって、
エミッタ接合のシリコン〜シリコン酸化膜界面に準位等
が発生し特性を劣化させることがあった。また、これま
での行われていた自己整合技術は、構造、プロセス共、
非常に複雑なものとなり、工程増の結果、プロセスが長
時間におよぶこととなった。
【0003】図2は従来のベース領域表面に多結晶シリ
コンを配置せず、自己整合されていないバイポ−ラトラ
ンジスタの断面図である。エミッタ領域32とベ−ス電
極31は自己整合的に作られていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
バイポ−ラ型半導体装置においては、ベース領域にかか
わる構造、工程の微妙な変化が、デバイス特性に大きく
影響を及ぼすことが分かっている。また、容易に各不純
物領域位置間隔のばらつきの少なくすることができず、
これがバイポ−ラトランジスタの主特性であるhFE、耐
圧、周波数特性等やしきい値電圧のばらつきの原因とな
っていた。従って、簡易なプロセスで、特性の良いデバ
イスを作製することができなかった。
【0005】そこで、この発明は従来のこのような課題
を解決するため、シンプルかつ低コストなプロセスで、
ばらつきの少ないデバイスを実現することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明では以下のような手段を採った。第1の手段とし
て、パタ−ニングされた多結晶シリコン層を用いて、こ
れをマスクとして不純物導入を行うことにより、各領域
を自己整合的に形成するというものである。
【0007】第2の手段として、ベース領域上を多結晶
シリコン層で覆うことにより、ベ−ス領域の安定性を確
実にするというものである。第3の手段として、不純物
導入のマスクとして用いる多結晶シリコンは、絶縁電界
効果トランジスタのゲ−ト電極と共通である構成とし
た。第4の手段として、ベース領域上を覆う多結晶シリ
コンは、ベース電極領域と共通のコンタクトホールでベ
ース金属電極に接続する構成とした。
【0008】第5の手段として、従来のプロセスに何
ら、付加するプロセスはない工程構成とした。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面に
基づいて説明する。図面においては、簡単のため、様々
の層の厚みは誇張して示してある。図1(a)は、第1
の実施例のバイポ−ラトランジスタの断面図である。こ
のバイポ−ラトランジスタの構造について説明する。P
型シリコン基板21に埋め込み層20、epi成長シリ
コン層8が形成されている。 epi成長Si層8の表
面には厚い絶縁膜のフィ−ルド酸化膜9、比較的薄いシ
リコン酸化膜11があり、シリコン酸化膜11の下に、
ベ−ス領域7、ベ−ス電極領域6、エミッタ領域5、が
形成され、シリコン酸化膜11上には、不純物導入の時
のマスクとして使用する第1多結晶シリコン層1が、ベ
−ス電極領域6、エミッタ領域5の上を除き配置されて
いる。
【0010】図1(b)は、第1の実施例のバイポ−ラ
トランジスタの平面図である。第1多結晶シリコン層1
は、エミッタ領域5、およびベ−ス電極領域6上を除い
てベ−ス領域全体を覆っており、その一部がフィ−ルド
酸化膜9にかかっている。なお、図1(b)では、第1
多結晶シリコン層1、エミッタ領域5、ベ−ス電極6、
フィ−ルド酸化膜9、シリコン酸化膜11以外は省略し
てある。
【0011】図3は、図1(a)に示した第一の実施例
の縦型バイポ−ラトランジスタの製造方法を示した工程
順断面図である。図3(a)のように、P型の基板21
上に埋め込み層20、epi成長Si層8が形成されて
いる。このウエハ上には、これ以前の工程によって薄い
酸化膜2領域とフィールド酸化膜9領域、およびコレク
タウォール10が作られている。薄い酸化膜2の膜厚
は、およそ10nm〜100nmである。より好ましく
は50nm〜100nmとする。ここで、ベース領域形
成のための薄い酸化膜2上に、フィールド酸化膜9をマ
スクの一部として利用するイオン注入により、不純物導
入を行う。その後、アニ-ル工程により、epi成長S
i層8中に不純物を拡散させ、ベース領域7を形成す
る。
【0012】次に図3(b)のように、薄い酸化膜2を
エッチング除去した後、シリコン酸化膜11を形成し、
さらにその上に第1多結晶シリコン層1を堆積させる。
その後、エッチングによって、第1多結晶シリコン層1
をパターニングする。ここで、ベース領域7上の第1多
結晶シリコンエミッタ領域窓102、および第1多結晶
シリコンベース電極窓101の窓あけを行う。この工程
により、ベース領域7上は、第1多結晶シリコンエミッ
タ領域窓102、および第1多結晶シリコンベース電極
窓101を除いてすべて第1多結晶シリコン層1に覆わ
れることになるが、第1多結晶シリコン層1がシリコン
酸化膜11領域をオーバーラップする大きさは、 フィ
ールド酸化膜9の厚さや、アライメントずれを考慮して
設定される。例えば、0.5〜1.5(μm)である。
より好ましくは、0.5〜1.0(μm)である。
【0013】次に、図3(c)のように、第1多結晶シ
リコンエミッタ領域窓102および、第1多結晶シリコ
ンベース電極窓101のシリコン酸化膜11の一部除去
を行う。このエッチングは、図3(a)工程で形成した
第1多結晶シリコン層1をマスクとして行なわれること
によって、窓あけされた部分101、102のSi層上
のみシリコン酸化膜が除去される。この工程は、エミッ
タ領域形成用の不純物イオン(たとえば砒素)が、シリ
コン酸化膜11を十分に突き抜けられるように、シリコ
ン酸化膜11の厚さが設定されていれば、行う必要はな
い。図1(a)に示した図はこの工程が必要でなかった
ときの最終構造断面図である。
【0014】さらに、イオン注入のための薄い酸化膜1
2を熱酸化あるいはCVDにより形成する。次に、図3
(d)において、第1多結晶シリコン層1をマスクにし
て、エミッタ領域5及びコレクタ電極13形成用のヒ素
原子、あるいはリンをイオン注入する。続いて、ベ−ス
電極領域6形成のためのボロン、あるいはBF2イオン
注入を行う。なお、同じ基板上に形成される、絶縁電界
効果トランジスタがLDD構造をとる場合には、図3
(d)の前に、低濃度領域のイオン注入とサイドウォー
ル形成という工程を経る。
【0015】ここまでの工程によって、自己整合的に、
ベ−ス電極、エミッタ領域を形成することができ、微細
な寸法であっても正確に制御された性能を持つデバイス
を安定に作製できる。次に、図3(e)のようにBPS
G、NSG、PSG等の層間絶縁膜2を堆積させ、その
後コンタクトホ−ルを形成し、ベ−ス金属電極4、エミ
ッタ金属電極3、コレクタ金属電極14が取り付けられ
る。この時、第1多結晶シリコン層1の電位は、ベース
電極領域6と実質的に同じにするため、ベ−ス金属電極
4により連結される。好ましくは、第1多結晶シリコン
層1上とベ−ス金属電極4の連結部コンタクトは、フィ
ールド酸化膜9上に形成する。これで、ベース領域7上
が、すべて電位の安定した多結晶シリコン層1に覆われ
ることにより、さらに安定なデバイス特性を期待でき
る。
【0016】図4は第2の実施例のバイポ−ラトランジ
スタの断面図である。ベース電極領域6とベース金属電
極4の接続のためのコンタクトホ−ルのサイズを、第1
多結晶シリコン層1のベース電極領域6上の窓あけより
も、やや大きくすることにより、ベース電極領域6と第
1多結晶シリコン層1を一つのコンタクトホ−ルを通し
て、金属電極に接続することができる。これで、小さな
スペ−スで同時に電気的接続を取ることができるので、
外部ベース領域を小さくでき、デバイスの縮小化と周波
数特性等の向上が可能である。
【0017】また、図5は第3の実施例のバイポ−ラト
ランジスタの製造方法を示した工程順断面図である。図
5(a)〜(b)工程までは、図3(a)〜(b)と同
じなので省略する。次に、図5(c)のように、熱酸化
によって、第1多結晶シリコン層1の表面を酸化した
後、CVD酸化膜15を堆積する。なお、ここでひき続
き窒化膜堆積を行ってもよい。そして、エミッタ領域上
のCVD酸化膜15および、シリコン酸化膜11を除去
する。
【0018】次に、図5(d)のように、第2の多結晶
シリコン膜を堆積させ、パタ−ニングによって多結晶シ
リコンエミッタ16を形成する。第2の多結晶シリコン
膜の膜厚は、好ましくは80nm〜120nmである。
次に、多結晶シリコンエミッタ16上とコレクタ電極形
成領域上にイオン注入により不純物を導入し、その後の
拡散工程により、多結晶シリコンエミッタ16層中か
ら、不純物をシリコン層へ拡散させ、多結晶シリコンエ
ミッタ拡散層17が形成される。同時にコレクタ電極1
3も形成される。次に図5(e)のように、ベース電極
領域6を形成し、エミッタ金属電極18、ベース金属電
極19、コレクタ金属電極14、を形成する。
【0019】第3の実施例において、第1多結晶シリコ
ン層1の電位は、第2の実施例のように、ベース金属電
極で同じコンタクトホールでとってもかまわない。以上
の実施例はNPN型の縦型バイポ−ラで説明したが、P
NP型においても同様に本発明が使用できる。
【0020】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように、多く
の複雑なプロセスを付加することなく、ばらつきの少な
い特性の安定したバイポ−ラトランジスタおよび、Bi
CMOSを同一基板上に形成できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、本発明のバイポ−ラトランジス
タの断面図であり、図1(b)は、本発明のバイポ−ラ
トランジスタの平面図である。
【図2】図2は、従来のバイポ−ラトランジスタの断面
図である。
【図3】図3は、本発明のバイポ−ラトランジスタの製
造方法を示した工程順の断面図である。
【図4】本発明のバイポ−ラトランジスタの別の実施例
の断面図である。
【図5】図5は、本発明のバイポ−ラトランジスタの別
の実施例の製造方法を示した工程順断面図である。
【符号の説明】
1 第1多結晶シリコン層 2 層間絶縁膜 3 エミッタ金属電極 4 ベ−ス金属電極 5 エミッタ領域 6 ベ−ス電極 7 ベ−ス領域 8 epi成長シリコン層 9 フィールド酸化膜 10 コレクタウォール 11 シリコン酸化膜 13 コレクタ電極 14 コレクタ金属電極 15 CVD酸化膜 16 多結晶シリコンエミッタ 17 多結晶シリコンエミッタ拡散層 18 エミッタ金属電極 19 ベース金属電極 20 埋め込み層 21 P型基板 30 ベ−ス領域 31 ベ−ス電極 32 エミッタ領域 33 コレクタ電極 34 ベ−ス金属電極 35 エミッタ金属電極 36 コレクタ金属電極 37 層間絶縁膜 101 第1多結晶シリコンベ−ス電極窓 102 第1多結晶シリコンエミッタ領域窓

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体領域表面に設けられ
    た第1導電型のコレクタ電極領域と第2導電型のベ−ス
    領域と、前記ベ−ス領域内の表面に設けられた第1導電
    型のエミッタ領域と第2導電型のベ−ス電極領域からな
    るバイポ−ラトランジスタにおいて、前記エミッタ領域
    と、前記ベ−ス電極領域の位置関係が、自己整合的に形
    成されるように、前記ベ−ス領域表面上に第1の多結晶
    シリコン層、およびこれに付随するサイドウォ−ルのす
    くなくとも一つを設けることを特徴とするバイポ−ラト
    ランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記ベ−ス領域の表面は、前記エミッタ
    領域、前記ベ−ス電極領域を除いて、すべての領域が、
    前記第1の多結晶シリコン層に覆われていることを特徴
    とする請求項第1記載のバイポ−ラトランジスタ。
  3. 【請求項3】 請求項第1記載の前記バイポ−ラトラン
    ジスタと絶縁電界効果トランジスタが同一基板上に形成
    されることを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記バイポ−ラトランジスタ上の前記第
    1の多結晶シリコン層が、前記絶縁電界効果トランジス
    タのゲ−ト電極と共通であることを特徴とする請求項3
    記載の半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の多結晶シリコン層は、ベース
    金属電極に接続されることを特徴とする請求項1記載の
    バイポ−ラトランジスタ。
  6. 【請求項6】 前記第1の多結晶シリコン層と前記ベー
    ス領域は、共通のコンタクトホ−ルを介して前記ベース
    金属電極に接続されることを特徴とする請求項5記載の
    バイポ−ラトランジスタ。
  7. 【請求項7】 前記エミッタ領域の一部が、第2の多結
    晶シリコン層で構成されることを特徴とする請求項1記
    載のバイポ−ラトランジスタ。
  8. 【請求項8】 前記第2の多結晶シリコン層は、多結晶
    シリコン抵抗層と共通であることを特徴とする請求項7
    記載の半導体集積回路装置。
  9. 【請求項9】 前記第2の多結晶シリコン層は、150
    nm以下の膜厚を有することを特徴とする請求項8記載
    の半導体集積回路装置。
  10. 【請求項10】 前記第1の多結晶シリコン層と前記第
    2の多結晶シリコン層の間に、酸化膜、窒化膜を挟み込
    み、容量素子を形成することを特徴とする請求項8記載
    の半導体集積回路装置。
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JP3940998 1998-02-20
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