JPH11340243A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH11340243A
JPH11340243A JP14376598A JP14376598A JPH11340243A JP H11340243 A JPH11340243 A JP H11340243A JP 14376598 A JP14376598 A JP 14376598A JP 14376598 A JP14376598 A JP 14376598A JP H11340243 A JPH11340243 A JP H11340243A
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JP
Japan
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region
semiconductor
base
polycrystalline silicon
forming
Prior art date
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Application number
JP14376598A
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Japanese (ja)
Inventor
Sayuri Sato
小百合 佐藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize speed up of a vertical bipolar transistor. SOLUTION: An NPN transistor Tr of a two-layer polycrystalline silicon structure includes a collector region 4C, having a collector-embedded layer 4C1, an intrinsic collector region 4C2 and a collector lead-out layer; a base region 4B having an intrinsic base region 4B1, an external base region 4B2 formed at an outer periphery thereof and a connection region 4B3 for electric connection between the regions 4B1, 4B2 and 4B3; and an emitter region 4E. An emitter lead-out electrode 8E connected to the emitter region 4E, as well as a base lead-out electrode 8B connected to the external base region 4B2, are made of polycrystalline silicon films. In the transistor, the intrinsic base region 4B1, part of the external base region 4B2, and the connection region 4B3 are formed by implanting impurity ions from an oblique direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造技術に関し、特に、高性能なバイポーラトラン
ジスタを有する半導体装置に適用して有効な技術に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device having a high-performance bipolar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】高性能な中央演算処理装置(CPU;Ce
ntral Processing Unit )等のロジックデバイスには、
スイッチング速度の高いバイポーラトランジスタ、ある
いは、バイポーラトランジスタの消費電力を改善したB
i−CMOS(Bipolar-Complementary Metal Oxide Se
miconductor )トランジスタ等バイポーラ系の半導体装
置が用いられる。このようなバイポーラ系のトランジス
タでは、高速応答に優れた縦型構造のバイポーラトラン
ジスタが多く用いられ、縦型バイポーラトランジスタに
は、たとえば特開平7−231043号公報あるいは特
開平7−283421号公報に記載されているように、
エミッタとベースの引き出し電極に多結晶シリコン膜を
用いる二重多結晶シリコン膜構造が広く用いられてい
る。
2. Description of the Related Art A high-performance central processing unit (CPU; Ce)
Logic devices such as ntral Processing Unit)
Bipolar transistor with high switching speed or B with improved power consumption of bipolar transistor
i-CMOS (Bipolar-Complementary Metal Oxide Se
miconductor) A bipolar semiconductor device such as a transistor is used. In such a bipolar transistor, a vertical bipolar transistor excellent in high-speed response is often used. Examples of the vertical bipolar transistor include those described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-231143 and 7-283421. As has been
A double polysilicon film structure using a polysilicon film for the emitter and base extraction electrodes is widely used.

【0003】上記文献に記載された二重多結晶シリコン
膜構造を有する縦型バイポーラトランジスタは、コレク
タ領域の上層に真性ベース領域および外部ベース領域か
らなるベース領域が形成され、ベース領域に囲まれてエ
ミッタ領域が形成されている。すなわち、エミッタ領域
のほぼ側方は外部ベース領域に囲まれ、エミッタ領域の
下方つまりエミッタ領域とコレクタ領域とで挟まれる領
域に真性ベース領域が形成されている。ここで、真性ベ
ース領域はエミッタ領域およびコレクタ領域とともにp
npあるいはnpnトランジスタを構成してトランジス
タのベースとして機能し、外部ベース領域は、真性ベー
ス領域に接続される電気的な接続領域として機能させる
ものである。
In the vertical bipolar transistor having a double polycrystalline silicon film structure described in the above document, a base region including an intrinsic base region and an external base region is formed above a collector region and is surrounded by the base region. An emitter region is formed. That is, almost the side of the emitter region is surrounded by the external base region, and the intrinsic base region is formed below the emitter region, that is, in a region sandwiched between the emitter region and the collector region. Here, the intrinsic base region, together with the emitter and collector regions, is p
An np or npn transistor is configured to function as a transistor base, and the external base region functions as an electrical connection region connected to the intrinsic base region.

【0004】上記縦型バイポーラトランジスタでは、ベ
ース引き出し電極として外部ベース領域にドープされる
不純物と同一導電型の不純物を高濃度に含んだ多結晶シ
リコン膜が用いられ、また、エミッタ引き出し電極とし
てエミッタ領域にドープされる不純物と同一導電型の不
純物を高濃度に含んだ多結晶シリコン膜が用いられる。
このように、ベース引き出し電極およびエミッタ引き出
し電極に不純物がドープされた多結晶シリコン膜を用い
ることにより、外部ベース領域およびエミッタ領域を自
己整合的に形成することができ、微細化が容易になる。
In the above-mentioned vertical bipolar transistor, a polycrystalline silicon film containing an impurity of the same conductivity type as the impurity doped into the external base region at a high concentration is used as the base extraction electrode, and the emitter region is used as the emitter extraction electrode. A polycrystalline silicon film containing an impurity of the same conductivity type as the impurity doped at a high concentration is used.
As described above, by using the polycrystalline silicon film doped with impurities for the base extraction electrode and the emitter extraction electrode, the external base region and the emitter region can be formed in a self-aligned manner, and miniaturization is facilitated.

【0005】また、たとえば、1995年1月発行の電
子情報通信学会技術報告、ED94−130/MW94
−117/ICD94−192、橋本他「超高速LSI
用0.3μm−Siバイポーラ・プロセス技術」、p13
〜p18に記載されているように、SOI(Silicon On
Insulator)基板とU溝素子分離構造を用いる技術、リ
ンがドープされたアモルファスシリコン膜をエミッタの
形成に用いてエミッタを浅接合させる技術、ベースの形
成には低エネルギのイオン種(加速エネルギ10keV
のBF2 )のイオン注入とRTA(Rapid Thermal Anne
aling )を用いる技術、コレクタ領域でのキャリア走行
時間を短縮するためにコレクタ領域をなすエピタキシャ
ル成長層を0.6μmに薄膜化する技術が知られており、
これらの技術によりトランジスタの高速化を図る試みが
なされている。
[0005] For example, a technical report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers published in January 1995, ED94-130 / MW94.
-117 / ICD94-192, Hashimoto et al. "Ultra High Speed LSI
0.3μm-Si bipolar process technology ”, p13
To p18, SOI (Silicon On
Insulator) A technique using a substrate and a U-groove element isolation structure, a technique in which an amorphous silicon film doped with phosphorus is used to form an emitter to form a shallow junction of the emitter, and a low energy ion species (acceleration energy 10 keV
Implantation of BF 2 ) and RTA (Rapid Thermal Anne)
aling), and a technique of reducing the thickness of the epitaxial growth layer forming the collector region to 0.6 μm in order to shorten the carrier transit time in the collector region.
Attempts have been made to increase the speed of transistors using these techniques.

【0006】一方、真性ベース領域は、あらかじめ真性
ベースが形成される領域、つまりエミッタを形成するた
めの開口部にイオン注入等により真性ベース領域形成用
の不純物領域を形成し、これを引き延ばし拡散させるこ
とにより形成される。この引き延ばし拡散は、ベース引
き出し電極およびエミッタ引き出し電極からのオートド
ープにより外部ベース領域およびエミッタ領域が形成さ
れると同時に行われる。
On the other hand, in the intrinsic base region, an impurity region for forming an intrinsic base region is previously formed by ion implantation or the like in a region where an intrinsic base is to be formed, that is, an opening for forming an emitter, and is extended and diffused. It is formed by this. The extension diffusion is performed at the same time when the external base region and the emitter region are formed by autodoping from the base extraction electrode and the emitter extraction electrode.

【0007】真性ベースが形成される領域へのイオン注
入の方法としては、たとえば、特開平7−142519
号公報、特開平5−175204号公報、特開平8−1
39100号公報等に記載されているように、基板に対
して斜め方向(たとえば45度)からの不純物イオンの
イオン注入法が知られている。
As a method of implanting ions into a region where an intrinsic base is formed, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-142519
JP-A-5-175204, JP-A-8-1
As described in JP-A-39100, etc., an ion implantation method of impurity ions obliquely (for example, 45 degrees) with respect to a substrate is known.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年のマルチ
メディア、インターネットサービス等の普及に伴い、よ
り多くの情報を効率よくかつ安価に伝送する技術が必要
になり、このため、次期通信デバイスとしてのバイポー
ラトランジスタにおいてもさらなる高速化の要求が高く
なっている。しかも、次期通信デバイスは、高速(高性
能)であることに加えて、より安価に提供されるもので
あることが要求されることから、既存のプロセス技術を
用いて短期間に開発、製造することが必要となる。
However, with the spread of multimedia and Internet services in recent years, a technology for transmitting more information efficiently and inexpensively becomes necessary. There is an increasing demand for higher speed in bipolar transistors as well. In addition, the next-generation communication device is required to be provided at a lower cost in addition to being high-speed (high-performance). Therefore, the next-generation communication device is developed and manufactured in a short time using existing process technology. It is necessary.

【0009】すなわち、大規模通信システムの一つであ
る光伝送システムにおいて、次世代の光伝送システムに
要求される伝送速度は40Gb/sであり、それを実現
するべき次期通信デバイスの遮断周波数fTは、約10
0GHzとなる。このような高速性能は、現状のデバイ
ス特性をさらに高性能化しなければ達成できない。
That is, in an optical transmission system which is one of large-scale communication systems, the transmission speed required for the next generation optical transmission system is 40 Gb / s, and the cutoff frequency fT Is about 10
It becomes 0 GHz. Such high-speed performance cannot be achieved unless the current device characteristics are further improved.

【0010】また、光伝送システムに使用するICチッ
プセットのみならず、それらを接続する光インターコネ
クトにも高性能化が要求される。光インターコネクト
は、従来の同軸ケーブルによる通信機器、コンピュータ
間の接続を、光ファイバアレイケーブルで置き換え、高
速かつ高密度配線を軽量で実現することが要求されるも
のである。その実現には高速であることの他に、低消費
電力であること、均一性が高いこと、雑音特性に優れる
こと等が要求される。このため、光インターコネクトに
おいて使用されるバイポーラトランジスタ等のデバイス
にも高速であることに加えて、素子間のばらつきが小さ
く、安定にかつ均一な特性が要求される。
Further, not only IC chip sets used in optical transmission systems but also optical interconnects for connecting them are required to have higher performance. The optical interconnect is required to replace a conventional connection between a communication device and a computer using a coaxial cable with an optical fiber array cable and realize high-speed, high-density wiring with a light weight. In order to achieve this, in addition to high speed, low power consumption, high uniformity, and excellent noise characteristics are required. For this reason, devices such as bipolar transistors used in optical interconnects are required to have high speed, small variations between devices, and stable and uniform characteristics.

【0011】本発明の目的は、縦型バイポーラトランジ
スタの高速化を図ることにある。
An object of the present invention is to increase the speed of a vertical bipolar transistor.

【0012】また、本発明の他の目的は、縦型バイポー
ラトランジスタのベース幅の浅接合化を図ることにあ
る。
Another object of the present invention is to reduce the base width of a vertical bipolar transistor to a shallow junction.

【0013】また、本発明のさらに他の目的は、縦型バ
イポーラトランジスタのベース抵抗を低減することにあ
る。
Another object of the present invention is to reduce the base resistance of a vertical bipolar transistor.

【0014】また、本発明のさらに他の目的は、縦型バ
イポーラトランジスタの高速化を図るとともに、素子間
のばらつきを小さくし、安定かつ均一な特性を実現する
ことにある。
It is still another object of the present invention to increase the speed of a vertical bipolar transistor, reduce variations between elements, and realize stable and uniform characteristics.

【0015】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0017】(1)本発明の半導体装置の製造方法は、
(a)半導体からなる基板またはその表面に半導体層を
有する基板の主面に第1導電型の不純物を導入して第1
半導体領域を形成し、第1半導体領域上に第2半導体領
域を形成する工程、(b)第2半導体領域の表面近傍に
第1分離領域および第1半導体領域の下部に達する第2
分離領域を形成する工程、(c)第1分離領域で囲まれ
た第2半導体領域のうちの一部領域に、第1導電型の不
純物を導入し、第1半導体領域に達する第3半導体領域
を形成する工程、(d)第2導電型の不純物が導入され
た第1多結晶シリコン膜を堆積し、第1分離領域で囲ま
れた第2半導体領域のうちの他の領域およびその周辺の
第1分離領域を覆うように第1多結晶シリコン膜をエッ
チングする工程、(e)第1多結晶シリコン膜を覆う第
1絶縁膜を形成する工程、(f)第2半導体領域上の第
1絶縁膜および第1多結晶シリコン膜に開口を形成する
工程、(g)開口の底部の第2半導体領域に第2導電型
の不純物を基板に対して斜めの方向からイオン注入し、
トランジスタのベースとして機能する第1ベース領域、
第1多結晶シリコン膜の下部に形成される第2ベース領
域の一部および第1ベース領域と第2ベース領域とを電
気的に接続する第3ベース領域からなる第4半導体領域
を形成する工程、(h)開口の内壁にサイドウォールス
ペーサを形成し、開口底部の第4半導体領域、サイドウ
ォールスペーサおよび第1絶縁膜上に、第1導電型の不
純物を含む第2多結晶シリコン膜を堆積する工程、
(i)開口部を残して第2多結晶シリコン膜をエッチン
グする工程、(j)基板の熱処理に伴う第1多結晶シリ
コン膜からの拡散により第2ベース領域を形成する工
程、を含むものである。
(1) The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
(A) A first conductivity type impurity is introduced into a main surface of a substrate made of a semiconductor or a substrate having a semiconductor layer on the surface thereof to form a first conductive type impurity.
Forming a semiconductor region and forming a second semiconductor region on the first semiconductor region; (b) a second isolation region near the surface of the second semiconductor region and a second region reaching a lower portion of the first semiconductor region;
Forming an isolation region; and (c) introducing a first conductivity type impurity into a portion of the second semiconductor region surrounded by the first isolation region to reach the first semiconductor region. (D) depositing a first polycrystalline silicon film into which an impurity of the second conductivity type is introduced, and forming a second semiconductor region surrounded by the first isolation region in and around the other region. Etching the first polycrystalline silicon film so as to cover the first isolation region, (e) forming a first insulating film covering the first polycrystalline silicon film, and (f) forming a first insulating film on the second semiconductor region. Forming an opening in the insulating film and the first polycrystalline silicon film; (g) ion-implanting a second conductivity type impurity into the second semiconductor region at the bottom of the opening from a direction oblique to the substrate;
A first base region functioning as a base of the transistor,
Forming a part of a second base region formed under the first polycrystalline silicon film and a fourth semiconductor region including a third base region electrically connecting the first base region and the second base region; (H) forming a sidewall spacer on the inner wall of the opening, and depositing a second polysilicon film containing a first conductivity type impurity on the fourth semiconductor region, the sidewall spacer, and the first insulating film at the bottom of the opening; Process,
(I) a step of etching the second polycrystalline silicon film while leaving an opening, and (j) a step of forming a second base region by diffusion from the first polycrystalline silicon film accompanying heat treatment of the substrate.

【0018】このような半導体装置の製造方法によれ
ば、ベースが形成される領域に不純物を斜め方向からイ
オン注入するため、ベース幅の浅接合化を図ることが可
能となる。すなわち、前記した特開平7−142519
号公報、特開平5−175204号公報、特開平8−1
39100号公報等に記載の技術では、ベース領域への
イオン注入を斜め方向から行うものではあるが、真性ベ
ース領域と外部ベース領域とを接続する接続領域(リン
グベース領域)あるいは外部ベース領域を斜め方向から
のイオン注入で形成するものであり、真性ベース領域に
ついては、垂直方向からのイオン注入を行って形成する
ものであった。これに対し、本発明では、外部ベース領
域の一部(第2ベース領域)および接続領域(第3ベー
ス領域)に加えて、真性ベース領域(第1ベース領域)
をも斜め方向からのイオン注入により形成するものであ
る。このように、真性ベース領域を斜め方向からのイオ
ン注入により形成するため、イオンの注入深さが垂直方
向からのイオン注入と比較して浅くできる。これにより
真性ベース領域を浅く形成して浅接合を構成することが
でき、半導体装置の性能を向上できる。
According to such a method of manufacturing a semiconductor device, the impurity is ion-implanted obliquely into the region where the base is to be formed, so that the junction width of the base can be reduced. That is, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-142519
JP-A-5-175204, JP-A-8-1
In the technique described in JP-A-39100, etc., ion implantation into the base region is performed from an oblique direction. However, a connection region (ring base region) connecting the intrinsic base region and the external base region or an external base region is obliquely formed. The intrinsic base region is formed by ion implantation from a vertical direction. On the other hand, in the present invention, in addition to a part of the external base region (second base region) and the connection region (third base region), an intrinsic base region (first base region)
Is also formed by ion implantation from an oblique direction. Thus, since the intrinsic base region is formed by ion implantation from an oblique direction, the ion implantation depth can be made shallower than ion implantation from a vertical direction. As a result, a shallow junction can be formed by forming the shallow intrinsic base region, and the performance of the semiconductor device can be improved.

【0019】一方、注入されるイオンのエネルギを低く
して浅接合を形成する方法も考え得るが、注入エネルギ
を低くすれば、注入イオンのエネルギのばらつきが大き
くなり、再現性よく均一な真性ベース領域を形成するこ
とが難しくなる。これに対して、本発明では、イオン注
入を斜め方向から行うため、注入エネルギを必要以上に
小さくせず、適度に注入エネルギのばらつきを抑えなが
ら浅接合を形成できる。これにより、真性ベース領域を
再現性よく均一に形成して半導体装置の素子間のばらつ
きを抑え、安定した性能を得ることができる。
On the other hand, a method of forming a shallow junction by lowering the energy of the implanted ions can be considered. However, if the implantation energy is reduced, the energy variation of the implanted ions increases, and the uniformity of the intrinsic base is improved with good reproducibility. It becomes difficult to form a region. On the other hand, in the present invention, since the ion implantation is performed in an oblique direction, the implantation energy is not reduced unnecessarily, and a shallow junction can be formed while appropriately suppressing the variation in the implantation energy. This makes it possible to form the intrinsic base region uniformly with good reproducibility, suppress variations between elements of the semiconductor device, and obtain stable performance.

【0020】また、本発明によれば、斜め方向からのイ
オン注入により、真性ベース領域(第1ベース領域)と
外部ベース領域の一部(第2ベース領域)と接続領域
(第3ベース領域)とを同時に形成するものであり、し
かも、開口部の口径と開口深さとの関係から、最も深く
までイオンが注入される領域は接続領域(第3ベース領
域)となる。このように第3ベース領域が深くまで形成
されることにより、導電体領域としての第3ベース領域
の断面積が大きくなり、真性ベース領域(第1ベース領
域)と外部ベース領域の一部(第2ベース領域)との接
続抵抗を低減することができる。これにより、半導体装
置のベース抵抗を低減して、半導体装置の性能を向上で
きる。
According to the present invention, the intrinsic base region (first base region), a part of the external base region (second base region), and the connection region (third base region) are obtained by ion implantation in an oblique direction. Are formed at the same time, and the region into which ions are implanted to the deepest is the connection region (third base region) from the relationship between the diameter of the opening and the opening depth. Since the third base region is formed deep as described above, the cross-sectional area of the third base region as a conductor region is increased, and an intrinsic base region (first base region) and a part of the external base region (first base region) are formed. 2 base region) can be reduced. Thereby, the base resistance of the semiconductor device can be reduced, and the performance of the semiconductor device can be improved.

【0021】また、従来は、垂直方向からのイオン注入
により自己整合的に真性ベース領域を形成し、外部ベー
ス領域および接続領域については不純物が導入された多
結晶シリコン膜からなるベース引き出し電極からの不純
物の拡散により形成されていたが、本発明では斜め方向
からのイオン注入を行うため、自己整合的に真性ベース
領域を形成する場合には形成できない外部ベース領域お
よび接続領域についてもイオン注入により形成できる。
特に従来ベース引き出し電極からの不純物拡散により形
成されていた接続領域については、拡散源であるベース
引き出し電極からの距離が長くなり十分な不純物濃度に
達しないためにその抵抗値が大きくなる問題を生じてい
たが、本発明では、斜め方向からのイオン注入により接
続領域(第3ベース領域)を形成するため、その抵抗値
を十分に低くすることができる。このため、半導体装置
のベース抵抗を低減して、半導体装置の性能を向上でき
る。
Conventionally, an intrinsic base region is formed in a self-aligned manner by ion implantation in a vertical direction, and an external base region and a connection region are formed from a base extraction electrode made of a polycrystalline silicon film doped with impurities. Although formed by diffusion of impurities, in the present invention, since ion implantation is performed in an oblique direction, the external base region and connection region that cannot be formed when the intrinsic base region is formed in a self-aligned manner are also formed by ion implantation. it can.
In particular, the connection region formed by impurity diffusion from the base extraction electrode conventionally has a problem that the resistance value increases because the distance from the base extraction electrode, which is a diffusion source, becomes longer and does not reach a sufficient impurity concentration. However, in the present invention, since the connection region (third base region) is formed by ion implantation in an oblique direction, the resistance value can be sufficiently reduced. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved by reducing the base resistance of the semiconductor device.

【0022】上記にようにベース抵抗を低減することに
より半導体装置の性能、特に高速化を表す遮断周波数f
Tおよび高性能化の指針となる最大遮断周波数fmax
がどのように改善されるかを式を用いて説明する。すな
わち、遮断周波数fTおよび最大遮断周波数fmax
は、 fT=DnB /2π・W2 、 fmax=fT/8π・rbb・CTC、 で表される。ここで、Wはベース幅、DnB はベース拡
散定数、rbbはベース抵抗、CTCはコレクタ接合容量で
ある。上式からわかるように、遮断周波数fTは真性ベ
ース領域の幅の2乗に比例し、高速化を図るには浅接合
を構成することが重要であることがわかる。また、最大
遮断周波数fmaxの上昇は遮断周波数fTの上昇とと
もにベース抵抗rbbの低減が重要であることがわかる。
したがって、斜めイオン注入により真性ベース領域(第
1ベース領域)と外部ベース領域の一部(第2ベース領
域)と接続領域(第3ベース領域)とを形成する本発明
は、半導体装置の性能の向上に極めて有効であることが
わかる。
By reducing the base resistance as described above, the performance of the semiconductor device, in particular, the cutoff frequency f, which indicates high speed operation,
T and the maximum cut-off frequency fmax which is a guideline for high performance
How is improved by using an equation will be described. That is, the cutoff frequency fT and the maximum cutoff frequency fmax
Is, fT = Dn B / 2π · W 2, fmax = fT / 8π · r bb · C TC, in represented. Here, W is the base width, Dn B base diffusion constant, the r bb base resistance, C TC is the collector junction capacitance. As can be seen from the above equation, the cutoff frequency fT is proportional to the square of the width of the intrinsic base region, and it is important to form a shallow junction in order to increase the speed. Further, it can be seen that increase of the maximum cutoff frequency fmax is reduced base resistance r bb with increasing cutoff frequency fT is important.
Therefore, the present invention in which the intrinsic base region (first base region), a part of the external base region (second base region), and the connection region (third base region) are formed by oblique ion implantation, It turns out that it is extremely effective for improvement.

【0023】また、本発明は、ベース引き出し電極(第
1多結晶シリコン膜)に開口を形成し、これをマスクと
して自己整合的にベース形成のためのイオン注入を行う
ため、ベースおよびエミッタ領域を形成するための目合
わせマージンを必要とせず、半導体装置の素子サイズを
小さくすることができ、半導体装置を高集積化すること
ができる。
Further, according to the present invention, an opening is formed in a base extraction electrode (first polycrystalline silicon film), and ion implantation for forming a base is performed in a self-aligned manner using the opening as a mask. No alignment margin is required for formation, the element size of the semiconductor device can be reduced, and the semiconductor device can be highly integrated.

【0024】さらに、斜めイオン注入の手法は、基板を
傾斜させてイオン注入することにより可能であり、従来
の設備に必要最小限の改良を加えるのみで実現すること
が可能である。これにより、従来の装置および材料を用
いて、安価に高性能な半導体装置を製造できる。また、
本発明ではベース領域の不純物濃度の最適化は必要であ
るものの、従来技術のデバイス構造およびマスク等を利
用することが可能であり、これにより、開発期間を短縮
して、安価に高性能な半導体装置を製造できる。
Further, the oblique ion implantation technique can be performed by injecting ions while tilting the substrate, and can be realized only by adding necessary minimum improvements to conventional equipment. Thus, a high-performance semiconductor device can be manufactured at low cost using conventional devices and materials. Also,
Although the present invention requires the optimization of the impurity concentration in the base region, it is possible to use a device structure and a mask of the prior art, thereby shortening the development period and providing an inexpensive high-performance semiconductor. Equipment can be manufactured.

【0025】(2)また、本発明の半導体装置の製造方
法は、(a)半導体からなる基板またはその表面に半導
体層を有する基板の主面に第1導電型の不純物を導入し
て第1半導体領域を形成し、第1半導体領域上に第2半
導体領域を形成する工程、(b)第2半導体領域の表面
近傍に第1分離領域および第1半導体領域の下部に達す
る第2分離領域を形成する工程、(c)第1分離領域で
囲まれた第2半導体領域のうちの一部領域に、第1導電
型の不純物を導入し、第1半導体領域に達する第3半導
体領域を形成する工程、(d)不純物が積極的に導入さ
れない第1多結晶シリコン膜および第2導電型の不純物
が導入された第2多結晶シリコン膜を堆積し、第1分離
領域で囲まれた第2半導体領域のうちの他の領域および
その周辺の第1分離領域を覆うように第2多結晶シリコ
ン膜および第1多結晶シリコン膜をエッチングする工
程、(e)第1および第2多結晶シリコン膜を覆う第1
絶縁膜を形成する工程、(f)第2半導体領域上の第1
絶縁膜、第2多結晶シリコン膜および第1多結晶シリコ
ン膜に開口を形成する工程、(g)開口の底部の第2半
導体領域に第2導電型の不純物を基板に対して斜めの方
向からイオン注入し、トランジスタのベースとして機能
する第1ベース領域、第1多結晶シリコン膜の下部に形
成される第2ベース領域および第1ベース領域と第2ベ
ース領域とを電気的に接続する第3ベース領域からなる
第4半導体領域を形成する工程、(h)開口の内壁にサ
イドウォールスペーサを形成し、開口底部の第4半導体
領域、サイドウォールスペーサおよび第1絶縁膜上に、
第1導電型の不純物を含む第3多結晶シリコン膜を堆積
する工程、(i)開口部を残して第3多結晶シリコン膜
をエッチングする工程を含むものである。
(2) The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: (a) introducing a first conductivity type impurity into a main surface of a semiconductor substrate or a substrate having a semiconductor layer on its surface; Forming a semiconductor region and forming a second semiconductor region on the first semiconductor region; (b) forming a first isolation region near the surface of the second semiconductor region and a second isolation region reaching below the first semiconductor region; Forming, (c) introducing a first conductivity type impurity into a part of the second semiconductor region surrounded by the first isolation region to form a third semiconductor region reaching the first semiconductor region; (D) depositing a first polycrystalline silicon film into which impurities are not positively introduced and a second polycrystalline silicon film into which impurities of a second conductivity type are introduced, and a second semiconductor surrounded by the first isolation region The first of the other areas of the area and its surroundings Etching the second polycrystalline silicon film and the first polycrystalline silicon film so as to cover the region, first to cover the (e) first and second polycrystalline silicon film
Forming an insulating film; (f) a first step on the second semiconductor region;
Forming an opening in the insulating film, the second polycrystalline silicon film, and the first polycrystalline silicon film; and (g) introducing an impurity of the second conductivity type into the second semiconductor region at the bottom of the opening from a direction oblique to the substrate. Ion implantation is performed, a first base region functioning as a base of the transistor, a second base region formed below the first polycrystalline silicon film, and a third base region electrically connecting the first base region and the second base region. Forming a fourth semiconductor region consisting of a base region, (h) forming a sidewall spacer on the inner wall of the opening, and forming a sidewall spacer on the fourth semiconductor region, the sidewall spacer and the first insulating film at the bottom of the opening;
The method includes a step of depositing a third polycrystalline silicon film containing a first conductivity type impurity, and a step of (i) etching the third polycrystalline silicon film while leaving an opening.

【0026】このような半導体装置の製造方法によれ
ば、前記した(1)の効果に加えて、ベースとコレクタ
との接合容量を低減し、半導体装置の性能を向上でき
る。すなわち、本発明では、ベース引き出し電極とし
て、不純物が積極的に導入されない第1多結晶シリコン
膜と第2導電型の不純物が導入された第2多結晶シリコ
ン膜との積層膜を用いる。これにより、エミッタ領域を
形成する際の熱処理により、外部ベース領域への過剰な
不純物の拡散が抑制される。つまり、不純物がドープさ
れた第2多結晶シリコン膜(上層)と基板との間にノン
ドープの第1多結晶シリコン膜(下層)が形成されてい
るため、第2多結晶シリコン膜からの不純物の拡散は第
1多結晶シリコン膜までに止まり、基板主面にまでは達
しないか、達するにしても微量に止まる。このため、外
部ベース領域への不純物の導入は必要最小限に抑制で
き、ベースとコレクタとの接合容量を低減できる。この
ように本発明においてベース引き出し電極からの不純物
の拡散により外部ベース領域を形成しなくてもよいの
は、外部ベース領域として機能する第2ベース領域が斜
め方向のイオン注入により形成されることに基づく。
According to such a method of manufacturing a semiconductor device, in addition to the above-mentioned effect (1), the junction capacitance between the base and the collector can be reduced, and the performance of the semiconductor device can be improved. That is, in the present invention, a stacked film of the first polycrystalline silicon film into which impurities are not positively introduced and the second polycrystalline silicon film into which impurities of the second conductivity type are introduced is used as the base extraction electrode. This suppresses excessive diffusion of impurities into the external base region due to the heat treatment when forming the emitter region. In other words, since the non-doped first polycrystalline silicon film (lower layer) is formed between the impurity-doped second polycrystalline silicon film (upper layer) and the substrate, impurities from the second polycrystalline silicon film are removed. Diffusion stops by the first polycrystalline silicon film and does not reach the main surface of the substrate or only a very small amount. Therefore, the introduction of impurities into the external base region can be suppressed to a necessary minimum, and the junction capacitance between the base and the collector can be reduced. As described above, in the present invention, the external base region does not need to be formed by diffusion of impurities from the base extraction electrode because the second base region functioning as the external base region is formed by oblique ion implantation. Based.

【0027】なお、前記(g)工程における斜めの方向
からのイオン注入は、θ≧tan-1(d/L)、(ただ
し、θは基板面に対するイオンの入射角、dは開口の深
さ、Lは開口半径である。)、の条件を満足するように
行うことができる。このような条件を満足することによ
り、1回の斜めイオン注入により真性ベース領域(第1
ベース領域)と外部ベース領域の一部(第2ベース領
域)と接続領域(第3ベース領域)とを確実に形成でき
る。
In the step (g), ion implantation from an oblique direction is performed at θ ≧ tan −1 (d / L), where θ is the angle of incidence of ions on the substrate surface and d is the depth of the opening. , L is the opening radius.). By satisfying such a condition, the intrinsic base region (first
The base region), a part of the external base region (second base region), and the connection region (third base region) can be reliably formed.

【0028】また、前記(g)工程において、斜めの方
向からのイオン注入に加えて、基板に対する垂直方向か
らのイオン注入を重ねて行い、第4半導体領域を形成す
ることも可能である。
In the step (g), in addition to the ion implantation in an oblique direction, the ion implantation in a direction perpendicular to the substrate may be performed repeatedly to form the fourth semiconductor region.

【0029】また、エミッタ領域(第5半導体領域)の
形成は、前記(h)工程で堆積され(i)工程でエッチ
ングされた第2多結晶シリコン膜または第3多結晶シリ
コン膜(エミッタ引き出し電極)から不純物の熱拡散に
より行うことができる。あるいは、エミッタ領域(第5
半導体領域)の形成は、前記(h)工程におけるサイド
ウォールスペーサの形成後に、開口の底部の第4半導体
領域(ベース領域)に第1導電型の不純物を基板に対し
て斜めの方向からイオン注入して形成できる。このよう
に斜め方向からのイオン注入によりエミッタ領域を形成
する場合には、エミッタ領域への導入不純物の密度を精
密に制御し、また、その形成深さを浅くして半導体装置
の性能を向上できる。
The emitter region (fifth semiconductor region) may be formed by depositing the second polysilicon film or the third polysilicon film (emitter extraction electrode) deposited in the above-mentioned step (h) and etched in the step (i). ) Can be performed by thermal diffusion of impurities. Alternatively, the emitter region (fifth
The semiconductor region is formed by ion-implanting impurities of the first conductivity type into the fourth semiconductor region (base region) at the bottom of the opening from the direction oblique to the substrate after the formation of the sidewall spacer in the step (h). Can be formed. In the case where the emitter region is formed by ion implantation from an oblique direction as described above, the density of impurities introduced into the emitter region can be precisely controlled, and the formation depth can be reduced to improve the performance of the semiconductor device. .

【0030】(3)本発明の半導体装置は、半導体から
なる基板または半導体層をその表面に有する基板と、基
板の主面に形成され、トランジスタのエミッタとして機
能する第1導電型の不純物が導入された第1半導体領域
と、第1半導体領域を覆い、トランジスタのベースとし
て機能する第1ベース領域、ベース引き出し電極下の一
部に形成された第2ベース領域および第1ベース領域と
第2ベース領域とを電気的に接続する第3ベース領域か
らなり第2導電型の不純物が導入された第2半導体領域
と、第2半導体領域の下部に形成され、トランジスタの
コレクタとして機能する第1導電型の不純物が導入され
た第3半導体領域とを有する半導体装置であって、第1
ベース領域の底面の深さが第3ベース領域の底面の深さ
よりも浅いものである。
(3) In the semiconductor device of the present invention, a substrate made of a semiconductor or a substrate having a semiconductor layer on its surface, and a first conductivity type impurity formed on the main surface of the substrate and functioning as an emitter of a transistor are introduced. The first semiconductor region, a first base region covering the first semiconductor region and functioning as a base of the transistor, a second base region formed in a part below the base extraction electrode, and the first base region and the second base. A second semiconductor region including a third base region electrically connected to the region and having a second conductivity type impurity introduced therein, and a first conductivity type formed below the second semiconductor region and functioning as a collector of the transistor A third semiconductor region into which a third impurity has been introduced.
The depth of the bottom surface of the base region is shallower than the depth of the bottom surface of the third base region.

【0031】また、ベース引き出し電極下の基板の主面
には、第2ベース領域に電気的に接続され、ベース引き
出し電極からの第2導電型の不純物の拡散により形成さ
れた外部ベース領域を有するものである。
The main surface of the substrate below the base extraction electrode has an external base region electrically connected to the second base region and formed by diffusion of a second conductivity type impurity from the base extraction electrode. Things.

【0032】あるいは、ベース引き出し電極が、基板の
主面上に形成され第2導電型の不純物を多く含まない第
1多結晶シリコン膜と、第1多結晶シリコン膜上に形成
され第2導電型の不純物を多く含む第2多結晶シリコン
膜との積層膜で構成される場合には、ベース引き出し電
極下の基板の主面には、ベース引き出し電極からの不純
物の拡散による不純物半導体領域が形成されていないも
のである。
Alternatively, a base extraction electrode is formed on the main surface of the substrate and does not contain much impurities of the second conductivity type, and a first polysilicon film formed on the first polysilicon film is formed of the second conductivity type. In the case where the substrate is formed of a laminated film with the second polycrystalline silicon film containing a large amount of impurities, an impurity semiconductor region is formed on the main surface of the substrate below the base extraction electrode by diffusion of impurities from the base extraction electrode. Not what it is.

【0033】このような半導体装置は、前記した(1)
または(2)の半導体装置の製造方法により製造される
ものであり、第1ベース領域(真性ベース領域)の底面
の深さが第3ベース領域(接続領域)の底面の深さより
も浅く形成されているため、真性ベース領域のベース幅
を短くして高速化を図るとともに、接続領域の断面積を
増加してベース抵抗の低減を図り、半導体装置の高性能
化を図ることができる。
Such a semiconductor device has the above-mentioned (1)
Alternatively, the semiconductor device is manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to (2), wherein the depth of the bottom surface of the first base region (intrinsic base region) is smaller than the depth of the bottom surface of the third base region (connection region). Therefore, the base width of the intrinsic base region can be shortened to increase the speed, and the cross-sectional area of the connection region can be increased to reduce the base resistance, thereby improving the performance of the semiconductor device.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0035】図1は、本発明の一実施の形態である半導
体装置の一例を示した断面図である。また、図2は、図
1におけるII部を拡大して示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion II in FIG.

【0036】本実施の形態1の半導体装置の半導体基体
1は、たとえばp形のシリコン(Si)単結晶からなる
基板1aと、その上面にSOI(Silicon On Insulato
r)絶縁層1bおよび単結晶シリコン層1cとを有する
SOI基板からなる。単結晶シリコン層1cは、SOI
絶縁層1b上のボンドシリコン層に単結晶シリコン膜を
エピタキシャル成長して形成される。なお、ここではS
OI基板を例示するが単結晶シリコン基板であってもよ
いことはいうまでもない。
The semiconductor substrate 1 of the semiconductor device according to the first embodiment has a substrate 1a made of, for example, p-type silicon (Si) single crystal, and an SOI (Silicon On Insulato) on its upper surface.
r) An SOI substrate having an insulating layer 1b and a single-crystal silicon layer 1c. The single crystal silicon layer 1c is made of SOI
A single crystal silicon film is formed on the bond silicon layer on the insulating layer 1b by epitaxial growth. Here, S
Although an OI substrate is exemplified, it goes without saying that a single crystal silicon substrate may be used.

【0037】半導体基体1の主面には、たとえばシリコ
ン酸化膜からなるフィールド絶縁膜2が形成され、一部
のフィールド絶縁膜2の下層には、U溝内に絶縁膜が埋
め込まれた素子分離領域3が形成されている。U溝内に
埋め込まれる絶縁膜は、たとえばシリコン酸化膜であ
る。素子分離領域3の底部はSOI絶縁層1bに達する
ように形成され、SOI絶縁層1bおよび素子分離領域
3で囲まれた単結晶シリコン層1cは、基板1aとは電
気的に絶縁される。これにより素子の浮遊容量を低減し
て高速化を図れる。
A field insulating film 2 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the main surface of semiconductor substrate 1, and an element isolation in which an insulating film is buried in a U groove is formed below a part of field insulating film 2. Region 3 is formed. The insulating film embedded in the U groove is, for example, a silicon oxide film. The bottom of the element isolation region 3 is formed to reach the SOI insulating layer 1b, and the single crystal silicon layer 1c surrounded by the SOI insulating layer 1b and the element isolation region 3 is electrically insulated from the substrate 1a. As a result, the stray capacitance of the element can be reduced and the speed can be increased.

【0038】素子分離領域3で囲まれた半導体基体1の
各領域には、たとえば、縦形npnバイポーラトランジ
スタ(以下、単にnpnトランジスタという)Tr、単
純スタック型の容量素子C、多結晶シリコン膜からなる
抵抗素子Rが形成されている。ここではnpnトランジ
スタTrを例示するが、縦形pnpバイポーラトランジ
スタが形成されていてもよい。
Each region of the semiconductor substrate 1 surrounded by the element isolation region 3 includes, for example, a vertical npn bipolar transistor (hereinafter simply referred to as an npn transistor) Tr, a simple stack type capacitance element C, and a polycrystalline silicon film. A resistance element R is formed. Here, an npn transistor Tr is illustrated, but a vertical pnp bipolar transistor may be formed.

【0039】npnトランジスタTrは、コレクタ領域
4C、ベース領域4Bおよびエミッタ領域4Eを有して
いる。
The npn transistor Tr has a collector region 4C, a base region 4B and an emitter region 4E.

【0040】コレクタ領域4Cは、コレクタ埋め込み層
4C1 と、その上層に形成された真性コレクタ領域4C
2 と、コレクタ埋め込み層4C1 の上層に形成されたコ
レクタ引き出し層4C3 とから構成されている。
The collector region 4C includes a collector buried layer 4C1 and an intrinsic collector region 4C formed thereabove.
2 and a collector lead-out layer 4C3 formed on the collector buried layer 4C1.

【0041】コレクタ埋め込み層4C1 は、単結晶シリ
コン層1cに、たとえばn形不純物のアンチモン(S
b)が導入されて形成される。真性コレクタ領域4C2
およびコレクタ引き出し層4C3 は、単結晶シリコン層
1cに、たとえばn形不純物のリンまたはヒ素(As)
が導入されて形成される。ただし、真性コレクタ領域4
C2 の不純物濃度は、たとえば1×1016個/cm3
度である。コレクタ引き出し層4C3 の不純物濃度は、
たとえば1×1019個/cm3 程度である。
The collector buried layer 4C1 is formed on the single crystal silicon layer 1c by, for example, antimony (S
b) is introduced and formed. Intrinsic collector area 4C2
And collector lead-out layer 4C3 is formed on single-crystal silicon layer 1c by, for example, n-type impurity phosphorus or arsenic (As).
Are introduced and formed. However, the intrinsic collector region 4
The impurity concentration of C2 is, for example, about 1 × 10 16 / cm 3 . The impurity concentration of the collector lead layer 4C3 is
For example, it is about 1 × 10 19 / cm 3 .

【0042】コレクタ引き出し層4C3 は、単結晶シリ
コン層1c上の絶縁膜6に開口された接続孔を通じてコ
レクタ電極8Cと電気的に接続されている。コレクタ電
極8Cは、たとえば、スパッタ法により形成されたタン
グステン膜、CVD法により形成されたタングステン
膜、アルミニウム膜およびスパッタ法により形成された
タングステン膜の積層膜とすることができる。アルミニ
ウム膜は、主導電層でありAl−Si−Cu合金であっ
てもよい。なお、絶縁膜6は、たとえばPSG(Phospo
-Silicate Glass )膜またはBPSG(Boron-doped Ph
ospo-Silicate Glass )膜あるいはSOG(Spin On Gl
ass )膜からなる。
The collector extraction layer 4C3 is electrically connected to the collector electrode 8C through a connection hole opened in the insulating film 6 on the single crystal silicon layer 1c. The collector electrode 8C can be, for example, a stacked film of a tungsten film formed by a sputtering method, a tungsten film formed by a CVD method, an aluminum film, and a tungsten film formed by a sputtering method. The aluminum film is a main conductive layer and may be an Al-Si-Cu alloy. The insulating film 6 is made of, for example, PSG (Phospo
-Silicate Glass) film or BPSG (Boron-doped Ph)
ospo-Silicate Glass) film or SOG (Spin On Gl)
ass) consisting of membrane.

【0043】ベース領域4Bの直下の真性コレクタ領域
4C2 に、真性コレクタ領域4C2よりも高濃度のn形
不純物のAsまたはリンが導入されたペデスタルコレク
タ領域4C4 が形成されている。これにより、npnト
ランジスタTrの動作時におけるベース領域4Bの見か
け上の延びを抑えることによりカーク効果を抑制するこ
とができ、コレクタ遮断周波数特性を向上させることが
可能となる。
A pedestal collector region 4C4 in which a higher concentration of n-type impurity As or phosphorus is introduced than the intrinsic collector region 4C2 is formed in the intrinsic collector region 4C2 immediately below the base region 4B. Accordingly, the Kirk effect can be suppressed by suppressing the apparent extension of the base region 4B during the operation of the npn transistor Tr, and the collector cutoff frequency characteristics can be improved.

【0044】ベース領域4Bは、真性ベース領域4B1
と、ベース引き出し電極8Bの下部に形成された外部ベ
ース領域4B2 と、真性ベース領域4B1 および外部ベ
ース領域4B2 を接続する接続領域4B3 とから構成さ
れている。
The base region 4B is an intrinsic base region 4B1
And an external base region 4B2 formed below the base extraction electrode 8B, and a connection region 4B3 connecting the intrinsic base region 4B1 and the external base region 4B2.

【0045】真性ベース領域4B1 は、真性コレクタ領
域4C2 と後述するエミッタ領域4Eとともにnpnト
ランジスタTrの活性領域を構成するものである。外部
ベース領域4B2 は、ベース引き出し電極8Bと真性ベ
ース領域4B1 とを電気的に接続するものであり、その
大部分の領域は、後に説明するようにベース引き出し電
極8Bからの不純物の拡散により形成される。接続領域
4B3 は、真性ベース領域4B1 と外部ベース領域4B
2 とを電気的に接続する領域である。
The intrinsic base region 4B1 forms an active region of the npn transistor Tr together with an intrinsic collector region 4C2 and an emitter region 4E described later. The external base region 4B2 electrically connects the base extraction electrode 8B and the intrinsic base region 4B1, and most of the region is formed by diffusion of impurities from the base extraction electrode 8B as described later. You. The connection region 4B3 includes an intrinsic base region 4B1 and an external base region 4B.
2 is an area for electrical connection with

【0046】真性ベース領域4B1 、外部ベース領域4
B2 の一部および接続領域4B3 は、後に説明するよう
に不純物イオンたとえばp形不純物のホウ素が斜め方向
からのイオン注入により導入されて形成される。このた
め、真性ベース領域4B1 を浅く形成でき、ベース幅を
狭くしてnpnトランジスタTrの遮断周波数fTおよ
び最大遮断周波数fmaxを大きくすることができる。
The intrinsic base region 4B1 and the external base region 4
As will be described later, a part of B2 and the connection region 4B3 are formed by introducing impurity ions such as boron of a p-type impurity by ion implantation from an oblique direction. Therefore, the intrinsic base region 4B1 can be formed shallow, and the base width can be reduced to increase the cutoff frequency fT and the maximum cutoff frequency fmax of the npn transistor Tr.

【0047】また、斜め方向からのイオン注入により真
性ベース領域4B1 のみならず、外部ベース領域4B2
の一部および接続領域4B3 をも形成するため、接続領
域4B3 への導入不純物濃度を高くし、また、接続領域
4B3 を真性ベース領域4B1 よりも深く形成できる。
すなわち、接続領域4B3 の底部は、真性ベース領域4
B1 の底部よりも、図2に示すように距離Mだけ深く形
成される。これにより、接続領域4B3 の断面積を大き
くして接続領域4B3 の抵抗値を低減し、ベース抵抗を
低減してnpnトランジスタTrの遮断周波数fTおよ
び最大遮断周波数fmaxを大きくすることができる。
Further, not only the intrinsic base region 4B1 but also the external base region 4B2 can be implanted by oblique ion implantation.
And the connection region 4B3 are also formed, so that the impurity concentration introduced into the connection region 4B3 can be increased, and the connection region 4B3 can be formed deeper than the intrinsic base region 4B1.
That is, the bottom of the connection region 4B3 is
It is formed deeper than the bottom of B1 by a distance M as shown in FIG. Thereby, the cross-sectional area of the connection region 4B3 can be increased to reduce the resistance value of the connection region 4B3, and the base resistance can be reduced to increase the cutoff frequency fT and the maximum cutoff frequency fmax of the npn transistor Tr.

【0048】さらに、斜め方向からのイオン注入により
外部ベース領域4B2 の一部をも形成される。これによ
り、外部ベース領域4B2 と、斜め方向からのイオン注
入により形成された領域(真性ベース領域4B1 、外部
ベース領域4B2 の一部および接続領域4B3 )とがオ
ーバーラップし、両領域の電気的接続が確実に行われ
る。この結果、ベース抵抗を低減してnpnトランジス
タTrの遮断周波数fTおよび最大遮断周波数fmax
を大きくすることができる。
Further, part of the external base region 4B2 is also formed by ion implantation from an oblique direction. As a result, the external base region 4B2 overlaps with regions formed by oblique ion implantation (the intrinsic base region 4B1, a part of the external base region 4B2 and the connection region 4B3), and the two regions are electrically connected. Is performed reliably. As a result, the base resistance is reduced and the cutoff frequency fT and the maximum cutoff frequency fmax of the npn transistor Tr are reduced.
Can be increased.

【0049】外部ベース領域4B2 は、ベース引き出し
電極8Bと電気的に接続されている。ベース引き出し電
極8Bには高濃度の、たとえば5×1019〜1×1021
個/cm3 程度のボロン(B)が導入される。ベース引
き出し電極8Bに含まれる高濃度な不純物は、熱拡散に
より外部ベース領域4B2 に導入され、外部ベース領域
4B2 の不純物濃度は、少なくとも1×1019個/cm
3 以上になる。これによって、外部ベース領域4B2 の
抵抗を低減し、npnトランジスタTrの遮断周波数f
Tおよび最大遮断周波数fmaxを大きくできる。な
お、ベース引き出し電極8Bの膜厚は、たとえば200
nmである。
The external base region 4B2 is electrically connected to the base lead electrode 8B. A high concentration, for example, 5 × 10 19 to 1 × 10 21 is applied to the base extraction electrode 8B.
Boron (B) is introduced at a rate of about boron / cm 3 . The high-concentration impurities contained in the base extraction electrode 8B are introduced into the external base region 4B2 by thermal diffusion, and the external base region 4B2 has an impurity concentration of at least 1 × 10 19 / cm.
3 or more. Thereby, the resistance of the external base region 4B2 is reduced, and the cutoff frequency f of the npn transistor Tr is reduced.
T and the maximum cutoff frequency fmax can be increased. The thickness of the base extraction electrode 8B is, for example, 200
nm.

【0050】ベース引き出し電極8Bの上層には絶縁膜
9aが堆積され、ベース引き出し電極8Bの側面には絶
縁膜9cを介してサイドウォールスペーサ9bが形成さ
れている。絶縁膜9a、絶縁膜9cおよびサイドウォー
ルスペーサ9bはたとえばシリコン酸化膜からなる。シ
リコン酸化膜の堆積は、たとえばCVD法を例示するこ
とができる。
An insulating film 9a is deposited on the upper layer of the base lead electrode 8B, and a side wall spacer 9b is formed on the side surface of the base lead electrode 8B via the insulating film 9c. The insulating film 9a, the insulating film 9c, and the side wall spacer 9b are made of, for example, a silicon oxide film. The silicon oxide film can be deposited by, for example, a CVD method.

【0051】ベース引き出し電極8Bは、絶縁膜6およ
び絶縁膜9aに開口された接続孔を通じて第1層配線1
0aと電気的に接続されている。第1層配線10aは、
前記したコレクタ電極8Cと同様の構成を有する。
The base lead electrode 8B is connected to the first layer wiring 1 through a connection hole formed in the insulating film 6 and the insulating film 9a.
0a. The first layer wiring 10a is
It has the same configuration as the collector electrode 8C described above.

【0052】エミッタ領域4Eは、真性ベース領域4B
1 の上部に、たとえばn形不純物のリンまたはAsが導
入されて形成される。その不純物濃度は、たとえば1×
1020〜1021個/cm3 程度である。エミッタ領域4
Eは、絶縁膜9a、サイドウォールスペーサ9bおよび
エミッタ領域4E上に形成されたエミッタ引き出し電極
8Eと電気的に接続されている。エミッタ引き出し電極
8Eは、たとえばn形の多結晶シリコン膜からなる。エ
ミッタ引き出し電極8Eは、絶縁膜6に開口された接続
孔を通じて第1層配線10bと電気的に接続されてい
る。第1層配線10bは、第1層配線10aと同様の構
成を有する。
The emitter region 4E is an intrinsic base region 4B
1 is formed by introducing, for example, an n-type impurity such as phosphorus or As. The impurity concentration is, for example, 1 ×
It is about 10 20 to 10 21 / cm 3 . Emitter region 4
E is electrically connected to the insulating film 9a, the sidewall spacer 9b, and the emitter lead-out electrode 8E formed on the emitter region 4E. Emitter extraction electrode 8E is made of, for example, an n-type polycrystalline silicon film. The emitter extraction electrode 8E is electrically connected to the first layer wiring 10b through a connection hole opened in the insulating film 6. The first layer wiring 10b has the same configuration as the first layer wiring 10a.

【0053】単純スタック型の容量素子Cは、上部電極
11、容量絶縁膜12および下部電極となる不純物半導
体領域13から構成される。不純物半導体領域13は、
容量絶縁膜12を介して上部電極11に対向して形成さ
れた半導体領域13a、単結晶シリコン層1cに埋め込
み半導体層として形成された半導体領域13bおよび半
導体領域13cからなる。半導体領域13a〜13c
は、各々電気的に接続され、単結晶シリコン層1c内で
の導電領域を構成する。上部電極11および半導体領域
13cは、各々、絶縁膜6、9aに開口した接続孔を介
して配線14に接続される。つまり配線14間に容量素
子Cが構成される。
The simple stack type capacitance element C includes an upper electrode 11, a capacitance insulating film 12, and an impurity semiconductor region 13 serving as a lower electrode. The impurity semiconductor region 13
The semiconductor device includes a semiconductor region 13a formed facing the upper electrode 11 with the capacitor insulating film 12 interposed therebetween, a semiconductor region 13b formed as a semiconductor layer embedded in the single crystal silicon layer 1c, and a semiconductor region 13c. Semiconductor regions 13a to 13c
Are electrically connected to each other to form a conductive region in the single-crystal silicon layer 1c. The upper electrode 11 and the semiconductor region 13c are connected to the wiring 14 via connection holes opened in the insulating films 6, 9a, respectively. That is, the capacitor C is formed between the wirings 14.

【0054】上部電極11は、不純物が導入された多結
晶シリコン膜からなり、ベース引き出し電極8Bと同層
に形成される。容量絶縁膜12は、たとえば熱酸化法に
より形成されたシリコン酸化膜であり、その膜厚はたと
えば50nmである。半導体領域13a、13cは、コ
レクタ引き出し層4C3 と同様な不純物が導入された半
導体領域であり、それらの底部では半導体領域13bに
接している。半導体領域13bは、コレクタ埋め込み層
4C1 と同様に構成される。配線14は、コレクタ電極
8C、第1層配線10a、第1層配線10bと同様に構
成される。
The upper electrode 11 is made of a polycrystalline silicon film into which impurities are introduced, and is formed in the same layer as the base lead electrode 8B. Capacitive insulating film 12 is, for example, a silicon oxide film formed by a thermal oxidation method, and has a thickness of, for example, 50 nm. The semiconductor regions 13a and 13c are semiconductor regions into which the same impurity as that of the collector lead layer 4C3 has been introduced, and their bottoms are in contact with the semiconductor region 13b. The semiconductor region 13b is configured similarly to the collector buried layer 4C1. The wiring 14 is configured similarly to the collector electrode 8C, the first layer wiring 10a, and the first layer wiring 10b.

【0055】抵抗素子Rは、フィールド絶縁膜2上に形
成された多結晶シリコン膜15を抵抗材料として構成さ
れる。多結晶シリコン膜15の両端には配線16が接触
するように形成され、配線16間に抵抗が構成される。
多結晶シリコン膜15には不純物が導入され、ベース引
き出し電極8B、上部電極11と同様に構成される。配
線16は、絶縁膜6、9aに開口した接続孔を介して多
結晶シリコン膜15に接続され、コレクタ電極8C、第
1層配線10a、第1層配線10bおよび配線14と同
様に構成される。
The resistance element R is formed by using the polycrystalline silicon film 15 formed on the field insulating film 2 as a resistance material. Wirings 16 are formed at both ends of the polycrystalline silicon film 15 so as to be in contact with each other, and a resistor is formed between the wirings 16.
Impurities are introduced into the polycrystalline silicon film 15 and have the same configuration as the base extraction electrode 8B and the upper electrode 11. The wiring 16 is connected to the polycrystalline silicon film 15 through a connection hole opened in the insulating films 6 and 9a, and has the same configuration as the collector electrode 8C, the first layer wiring 10a, the first layer wiring 10b, and the wiring 14. .

【0056】コレクタ電極8C、第1層配線10a、第
1層配線10b、配線14および配線16上には層間絶
縁膜17が形成され、層間絶縁膜17に開口された接続
孔を介して下層配線に接続される第2層配線18が層間
絶縁膜17上に形成されている。層間絶縁膜17は、た
とえばCVD法により形成されたシリコン酸化膜であ
り、第2層配線18は、コレクタ電極8C等と同様に、
たとえば、スパッタ法により形成されたタングステン
膜、CVD法により形成されたタングステン膜、アルミ
ニウム膜およびスパッタ法により形成されたタングステ
ン膜の積層膜とすることができる。アルミニウム膜は、
主導電層でありAl−Si−Cu合金であってもよい。
An interlayer insulating film 17 is formed on the collector electrode 8C, the first layer wiring 10a, the first layer wiring 10b, the wiring 14 and the wiring 16, and a lower wiring is formed through a connection hole opened in the interlayer insulating film 17. Is formed on the interlayer insulating film 17. The interlayer insulating film 17 is, for example, a silicon oxide film formed by a CVD method.
For example, a stacked film of a tungsten film formed by a sputtering method, a tungsten film formed by a CVD method, an aluminum film, and a tungsten film formed by a sputtering method can be used. The aluminum film is
It is a main conductive layer and may be an Al-Si-Cu alloy.

【0057】第2層配線18上には、絶縁膜19が形成
され、絶縁膜19に開口した接続孔にはバンプ下地金属
20を介してバンプ21が形成されている。絶縁膜19
は、たとえばCVD法により形成されたシリコン酸化膜
である。バンプ下地金属20は、ニッケル、金等の金属
積層膜であり、バンプ21は、たとえばはんだバンプで
ある。
An insulating film 19 is formed on the second layer wiring 18, and a bump 21 is formed in a connection hole opened in the insulating film 19 via a bump base metal 20. Insulating film 19
Is a silicon oxide film formed by, for example, a CVD method. The bump base metal 20 is a laminated metal film of nickel, gold, or the like, and the bump 21 is, for example, a solder bump.

【0058】なお、ここでは、金属配線層が2層である
場合を例示しているが、3層あるいはそれ以上の配線層
を有してもよいことは勿論である。また、バンプ21を
形成せず、ワイヤボンド用のボンディングパッドをバン
プ21の代わりに形成してもよいことはいうまでもな
い。さらに、バンプ21は、はんだに限らず金バンプで
あってもよく、バンプ形状はボールに限らずスタッド形
状であってもよい。
Although the case where the number of metal wiring layers is two is illustrated here, it is needless to say that three or more wiring layers may be provided. Needless to say, a bonding pad for wire bonding may be formed instead of the bump 21 without forming the bump 21. Further, the bump 21 is not limited to the solder but may be a gold bump, and the bump shape is not limited to a ball and may be a stud shape.

【0059】次に、本実施の形態1の半導体装置の製造
方法を図面を用いて工程順に説明する。図3〜図12
は、実施の形態1の半導体装置の製造工程の一例を工程
順に示した断面図または一部を拡大した断面図である。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described in the order of steps with reference to the drawings. 3 to 12
FIG. 5 is a cross-sectional view or a partially enlarged cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【0060】まず、p形のシリコン単結晶からなる基板
1a上にSOI絶縁層1bおよびボンドシリコン層1c
1 を有するSOI基板を用意し、フォトレジスト膜をマ
スクとしてnpnトランジスタTrおよび容量素子Cが
形成される領域に犠牲酸化膜22を形成した後、不純物
たとえばアンチモン(Sb)をイオン注入法により導入
して不純物注入層23を形成する(図3(a))。イオ
ン注入の条件は、たとえば加速電圧100keV、注入
密度2×1015atoms/cm2 とする。
First, an SOI insulating layer 1b and a bond silicon layer 1c are formed on a substrate 1a made of p-type silicon single crystal.
After preparing an SOI substrate having 1 and using a photoresist film as a mask to form a sacrificial oxide film 22 in a region where an npn transistor Tr and a capacitor C are to be formed, impurities such as antimony (Sb) are introduced by ion implantation. Thus, an impurity implantation layer 23 is formed (FIG. 3A). The conditions for the ion implantation are, for example, an acceleration voltage of 100 keV and an implantation density of 2 × 10 15 atoms / cm 2 .

【0061】次に、犠牲酸化膜22を除去し、ボンドシ
リコン層1c1 上にエピタキシャル成長層1c2 を形成
する(図3(b))。エピタキシャル成長層1c2 の膜
厚は、たとえば0.6μmとする。エピタキシャル成長層
1c2 とボンドシリコン層1c1 とで半導体基体1の単
結晶シリコン層1cが構成される。エピタキシャル成長
層1c2 は、後に真性コレクタ領域4C2 、ベース領域
4Bおよびエミッタ領域4Eとなるものである。
Next, the sacrificial oxide film 22 is removed, and an epitaxial growth layer 1c2 is formed on the bond silicon layer 1c1 (FIG. 3B). The thickness of the epitaxial growth layer 1c2 is, for example, 0.6 μm. The epitaxial growth layer 1c2 and the bond silicon layer 1c1 form the single crystal silicon layer 1c of the semiconductor substrate 1. The epitaxial growth layer 1c2 will later become an intrinsic collector region 4C2, a base region 4B and an emitter region 4E.

【0062】なお、このエピタキシャル成長の際に、不
純物注入層23上のエピタキシャル成長層1c2 には、
不純物であるアンチモンがオートドープされ、その比抵
抗は約3Ω・cmとなる。また、不純物注入層23は、
エピタキシャル成長の際の加熱により引き延ばし拡散さ
れ、後にコレクタ埋め込み層4C1 および半導体領域1
3bとなる半導体領域24が形成される。
At the time of this epitaxial growth, the epitaxial growth layer 1c2 on the impurity implantation layer 23 has
Antimony which is an impurity is auto-doped, and its specific resistance becomes about 3 Ω · cm. Further, the impurity injection layer 23
It is spread and diffused by heating during epitaxial growth, and is later formed into the collector buried layer 4C1 and the semiconductor region 1
A semiconductor region 24 to be 3b is formed.

【0063】次に、たとえば膜厚13.5nmの犠牲酸化
膜、膜厚140nmのシリコン窒化膜を堆積した後、こ
れをフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングしてパ
ターニングし、さらにこのシリコン窒化膜をマスクとし
て選択酸化を行い、エピタキシャル成長層1c2 である
単結晶シリコン層1c上にフィールド絶縁膜2を形成す
る。すなわちLOCOS(Local Oxidation of Silico
n)法を用いてシリコン酸化膜からなるフィールド絶縁
膜2を形成する(図4(a))。
Next, for example, a sacrificial oxide film having a thickness of 13.5 nm and a silicon nitride film having a thickness of 140 nm are deposited, and are etched and patterned using a photoresist film as a mask. The field insulating film 2 is formed on the single crystal silicon layer 1c which is the epitaxial growth layer 1c2. That is, LOCOS (Local Oxidation of Silico)
A field insulating film 2 made of a silicon oxide film is formed by using the n) method (FIG. 4A).

【0064】次に、半導体基体1の全面に図示しないプ
レ酸化膜を形成し、不純物が導入されないノンドープの
多結晶シリコン膜25をたとえば100nmの膜厚で堆
積し、さらにたとえばシリコン酸化膜26をたとえば2
00nmの膜厚で堆積した後、フォトレジスト膜をマス
クとして異方性エッチングを行い、U溝27を形成する
(図4(b))。なお、U溝27の底部は、SOI絶縁
層1bに達するように形成する。このU溝27の形成に
より、半導体領域24が分断され、npnトランジスタ
Trが形成される領域ではコレクタ埋め込み層4C1 と
なり、容量素子Cが形成される領域では半導体領域13
bとなる。また、U溝27の幅は、たとえば0.4μmと
する。
Next, a pre-oxide film (not shown) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1, a non-doped polycrystalline silicon film 25 into which impurities are not introduced is deposited to a thickness of, for example, 100 nm, and a silicon oxide film 26 is deposited, for example. 2
After being deposited to a thickness of 00 nm, anisotropic etching is performed using the photoresist film as a mask to form a U-shaped groove 27 (FIG. 4B). The bottom of the U groove 27 is formed so as to reach the SOI insulating layer 1b. Due to the formation of the U-groove 27, the semiconductor region 24 is divided. In the region where the npn transistor Tr is formed, the semiconductor region 24 becomes the collector buried layer 4C1.
b. The width of the U groove 27 is, for example, 0.4 μm.

【0065】次に、U溝27の内部を含む半導体基体1
の全面に、たとえばシリコン酸化膜を堆積し、これをエ
ッチバックして、U溝27の内部にシリコン酸化膜が埋
め込まれた素子分離領域3を形成する(図5(a))。
エッチバックの際に、多結晶シリコン膜25をストッパ
膜として利用できる。なお、シリコン酸化膜の堆積およ
びエッチバックは、複数回に分けて行うことができる。
また、素子分離領域3の内部には図示するようにボイド
が形成される場合もある。このような場合、シリコン酸
化膜の堆積前に、U溝27の内部を熱酸化法等により酸
化して絶縁性能を向上することができる。
Next, the semiconductor substrate 1 including the inside of the U-groove 27
For example, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the substrate, and the silicon oxide film is etched back to form an element isolation region 3 in which a silicon oxide film is buried inside the U groove 27 (FIG. 5A).
At the time of etch back, the polycrystalline silicon film 25 can be used as a stopper film. Note that the deposition and the etch back of the silicon oxide film can be performed a plurality of times.
Further, a void may be formed inside the element isolation region 3 as shown in the figure. In such a case, the insulation performance can be improved by oxidizing the inside of the U-groove 27 by a thermal oxidation method or the like before depositing the silicon oxide film.

【0066】次に、多結晶シリコン膜25を除去し、5
0〜100nmのシリコン酸化膜28と堆積する。その
後、フォトレジスト膜をマスクとしてたとえばリン
(P)をイオン注入し、コレクタ引き出し層4C3 、半
導体領域13a、13cを形成する。さらに、容量素子
Cが形成される領域のシリコン酸化膜28を除去し、半
導体領域13a上にたとえば熱酸化法で容量絶縁膜12
を形成する(図5(b))。
Next, the polysilicon film 25 is removed and 5
A 0-100 nm silicon oxide film 28 is deposited. Thereafter, for example, phosphorus (P) is ion-implanted using the photoresist film as a mask to form the collector extraction layer 4C3 and the semiconductor regions 13a and 13c. Further, the silicon oxide film 28 in the region where the capacitance element C is formed is removed, and the capacitance insulating film 12 is formed on the semiconductor region 13a by, for example, a thermal oxidation method.
Is formed (FIG. 5B).

【0067】次に、npnトランジスタTrが形成され
る領域のシリコン酸化膜28を除去し、半導体基体1の
全面にたとえばボロンがドープされた多結晶シリコン膜
を堆積する。この多結晶シリコン膜の膜厚はたとえば2
00nmとする。その後、フォトレジスト膜をマスクと
して、前記多結晶シリコン膜をパターニングし、npn
トランジスタTrが形成される領域にはベース引き出し
電極8Bを、容量素子Cが形成される領域には上部電極
11を、抵抗素子Rが形成される領域には多結晶シリコ
ン膜15を形成する。さらにシリコン酸化膜29を10
0nmの膜厚で堆積し、ベース引き出し電極8B上のシ
リコン酸化膜29を除去する(図6)。
Next, the silicon oxide film 28 in the region where the npn transistor Tr is to be formed is removed, and a polycrystalline silicon film doped with, for example, boron is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. The thickness of this polycrystalline silicon film is, for example, 2
00 nm. Then, using the photoresist film as a mask, the polycrystalline silicon film is patterned and npn
The base lead electrode 8B is formed in the region where the transistor Tr is formed, the upper electrode 11 is formed in the region where the capacitive element C is formed, and the polycrystalline silicon film 15 is formed in the region where the resistive element R is formed. Further, the silicon oxide film 29 is
Deposited with a thickness of 0 nm, the silicon oxide film 29 on the base extraction electrode 8B is removed (FIG. 6).

【0068】次に、ベース引き出し電極8B上に絶縁膜
9aを形成し、npnトランジスタTrのベースおよび
エミッタが形成される領域に開口30を形成する(図
7)。絶縁膜9aは、たとえば膜厚200nmのシリコ
ン酸化膜とすることができ、熱CVD法またはTEOS
を用いたCVD法により形成できる。
Next, an insulating film 9a is formed on the base lead electrode 8B, and an opening 30 is formed in a region where the base and the emitter of the npn transistor Tr are formed (FIG. 7). The insulating film 9a can be, for example, a silicon oxide film having a thickness of 200 nm, and is formed by thermal CVD or TEOS.
Can be formed by a CVD method using

【0069】次に、開口30の内部に絶縁膜9cを形成
し、半導体基体1の表面に対してほぼ垂直な方向から、
たとえばリンを加速電圧200keV、注入密度5×1
12atoms/cm2 の条件でイオン注入する。これによりペ
デスタルコレクタ領域4C4を形成する(図8)。
Next, an insulating film 9c is formed inside the opening 30, and the insulating film 9c is formed in a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1.
For example, phosphorus is accelerated at a voltage of 200 keV and an injection density of 5 × 1
Ion implantation is performed under the condition of 0 12 atoms / cm 2 . Thus, a pedestal collector region 4C4 is formed (FIG. 8).

【0070】次に、斜め方向からの不純物たとえばBF
2 のイオン注入を行うことにより、真性ベース領域4B
1 、接続領域4B3 を形成する(図9)。なお、接続領
域4B3 の一部は、外部ベース領域4B2 の一部でもあ
り、後にベース引き出し電極8Bからの不純物の拡散に
より形成される外部ベース領域4B2 と重なって一体化
されるものである。イオン注入の条件は、たとえば注入
エネルギを10keV、注入密度を6×1013atoms/cm
2 とすることができる。斜め方向からのイオン注入は、
半導体基体1をイオン入射方向に対して斜めに保持し、
これを回転することにより行うことができる。
Next, impurities such as BF from an oblique direction
By performing the ion implantation of 2 , the intrinsic base region 4B
1. A connection region 4B3 is formed (FIG. 9). Note that a part of the connection region 4B3 is also a part of the external base region 4B2, and is integrated with an external base region 4B2 formed later by diffusion of an impurity from the base extraction electrode 8B. The conditions for the ion implantation are, for example, an implantation energy of 10 keV and an implantation density of 6 × 10 13 atoms / cm.
Can be 2 . Ion implantation from an oblique direction
Holding the semiconductor substrate 1 at an angle to the ion incident direction,
This can be done by rotating.

【0071】また、イオン注入の角度θは、θ≧tan
-1(d/L)、の条件を満足するように行う。ただし、
θは基板面に対するイオンの入射角、dは開口30の深
さ、Lは開口30の半径である。なお、角度θは45度
を例示できる。
The angle θ of the ion implantation is given by θ ≧ tan
-1 (d / L). However,
θ is the angle of incidence of ions on the substrate surface, d is the depth of the opening 30, and L is the radius of the opening 30. The angle θ can be exemplified by 45 degrees.

【0072】このように不純物イオンを斜め方向からイ
オン注入して真性ベース領域4B1を形成することによ
り、ベース幅の浅接合化を図ることができる。すなわ
ち、仮に垂直方向からの不純物のイオン注入を行った場
合には、本実施の形態のように浅く真性ベース領域4B
1 を形成しようとすれば、イオンの注入エネルギを低く
せざるを得ない。しかし、前記例示の通り、イオンエネ
ルギは10keVと相当に小さく、さらに小さくすれば
イオンエネルギのばらつきが相対的に大きくなり、安定
に再現性よく真性ベース領域4B1 を形成することがで
きなくなり、半導体装置の各素子特性のばらつきが大き
くなる。ところが、本実施の形態では、前記したとおり
斜め方向からイオン注入を行うため、イオンエネルギを
小さくすることなく真性ベース領域4B1 を浅く形成で
きる。このため、半導体装置の遮断周波数fTおよび最
大遮断周波数fmaxを向上しつつ素子特性のばらつき
を抑えて、各素子の性能の均一性、再現性を向上し、半
導体装置の性能を向上できる。
As described above, by implanting impurity ions obliquely to form the intrinsic base region 4B1, a shallow junction of the base width can be achieved. That is, if impurity ions are implanted in the vertical direction, the shallow intrinsic base region 4B as in the present embodiment is formed.
In order to form 1, the ion implantation energy must be reduced. However, as described above, the ion energy is considerably small at 10 keV. If the ion energy is further reduced, the variation of the ion energy becomes relatively large, and the intrinsic base region 4B1 cannot be formed stably with good reproducibility. Of each element characteristic becomes large. However, in the present embodiment, since the ion implantation is performed from the oblique direction as described above, the intrinsic base region 4B1 can be formed shallowly without reducing the ion energy. For this reason, it is possible to improve the cut-off frequency fT and the maximum cut-off frequency fmax of the semiconductor device, suppress variations in element characteristics, improve the uniformity and reproducibility of the performance of each element, and improve the performance of the semiconductor device.

【0073】また、斜め方向からのイオン注入により、
真性ベース領域4B1 のみならず、接続領域4B3 をも
形成するため、接続領域4B3 の形成が外部ベース領域
4B2 等からの拡散により形成されるのではなく、イオ
ン注入により直接形成されることとなる。つまり、接続
領域4B3 への導入不純物の密度を十分大きくして、そ
の抵抗を低減することができる。これにより素子のベー
ス抵抗を低減し、最大遮断周波数fmaxを向上して半
導体装置の性能を向上できる。しかも、開口の半径Lと
開口深さdとの関係から、図9に示すように接続領域4
B3 が深く形成される。すなわち、真性ベース領域4B
1 へのイオン注入は開口30の上部で一部遮蔽されるの
に対し、接続領域4B3 への注入イオンにはこれを遮蔽
するものがなくイオンが深く注入されることとなる。こ
のように接続領域4B3 が深く形成されることにより、
その断面積つまり導電部断面積が大きくなり、その抵抗
を低減できることとなる。
Further, by ion implantation from an oblique direction,
Since not only the intrinsic base region 4B1 but also the connection region 4B3 are formed, the connection region 4B3 is formed not by diffusion from the external base region 4B2 or the like, but directly by ion implantation. That is, it is possible to sufficiently increase the density of impurities introduced into the connection region 4B3 and reduce the resistance. Thus, the base resistance of the element can be reduced, the maximum cutoff frequency fmax can be improved, and the performance of the semiconductor device can be improved. Further, from the relationship between the radius L of the opening and the opening depth d, as shown in FIG.
B3 is formed deeply. That is, the intrinsic base region 4B
While the ion implantation into 1 is partially shielded at the upper part of the opening 30, the ion implanted into the connection region 4B3 has nothing to shield it, so that the ion is implanted deeply. Since the connection region 4B3 is formed deep as described above,
The cross-sectional area, that is, the cross-sectional area of the conductive portion increases, and the resistance can be reduced.

【0074】また、斜め方向からのイオン注入を行うた
め、真性ベース領域4B1 のみならず接続領域4B3 を
も同時に、開口30に対して自己整合的に形成できる。
これにより半導体装置の微細加工を容易にし集積度を向
上できる。しかも、接続領域4B3 の一部は、ベース引
き出し電極8Bの下部に位置するように形成され、この
ベース引き出し電極8Bの下部に位置する接続領域4B
3 の一部は外部ベース領域4B2 の一部でもある。この
ように、斜めイオン注入により、外部ベース領域4B2
の一部をも形成して外部ベース領域4B2 と真性ベース
領域4B1 との電気的接続を確実にし、ベース抵抗の低
減、半導体装置の性能向上を図ることができる。なお、
接続領域4B3 の一部がベース引き出し電極8Bの下部
にまで位置するように形成されるのは、後に説明するサ
イドウォールスペーサ9bが形成される前に斜めイオン
注入を行うためであり、より確実にベース引き出し電極
8Bの下部つまり外部ベース領域4B2 の一部を形成す
ることができる。
Since the ion implantation is performed obliquely, not only the intrinsic base region 4B1 but also the connection region 4B3 can be formed simultaneously with the opening 30 in a self-aligned manner.
As a result, fine processing of the semiconductor device can be facilitated and the degree of integration can be improved. Further, a part of the connection region 4B3 is formed so as to be located below the base extraction electrode 8B, and the connection region 4B3 located below the base extraction electrode 8B is formed.
3 is also a part of the external base region 4B2. As described above, the oblique ion implantation allows the external base region 4B2
Is formed to secure the electrical connection between the external base region 4B2 and the intrinsic base region 4B1, thereby reducing the base resistance and improving the performance of the semiconductor device. In addition,
The part of the connection region 4B3 is formed so as to be located below the base extraction electrode 8B because oblique ion implantation is performed before a sidewall spacer 9b described later is formed. The lower part of the base extraction electrode 8B, that is, a part of the external base region 4B2 can be formed.

【0075】また、本実施の形態のような斜めイオン注
入の手法は、半導体基体1を傾斜させてイオン注入する
ことにより可能であり、従来の設備に必要最小限の改良
を加えるのみで実現することが可能である。これによ
り、従来の装置および材料を用いて、安価に高性能な半
導体装置を製造できる。また、本実施の形態では、従来
のデバイス構造およびマスク等をそのまま利用すること
ができ、開発期間を短縮して安価に高性能な半導体装置
を製造することが可能である。
The oblique ion implantation technique as in the present embodiment can be performed by injecting ions while tilting the semiconductor substrate 1, and is realized only by adding a necessary minimum improvement to the conventional equipment. It is possible. Thus, a high-performance semiconductor device can be manufactured at low cost using conventional devices and materials. Further, in this embodiment, the conventional device structure, mask, and the like can be used as they are, and a high-performance semiconductor device can be manufactured at a low cost with a reduced development period.

【0076】次に、ベースアニールを行って、外部ベー
ス領域4B2 を形成する。さらに、半導体基体1の全面
にたとえば140nmの膜厚のシリコン酸化膜を堆積
し、このシリコン酸化膜を異方性エッチングによりエッ
チングして絶縁膜9cを介したベース引き出し電極8B
および絶縁膜9aの側面にサイドウォールスペーサ9b
を形成する(図10、図11(a))。なお、シリコン
酸化膜に代えてシリコン窒化膜を堆積してもよい。
Next, base annealing is performed to form an external base region 4B2. Further, a silicon oxide film having a thickness of, for example, 140 nm is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and this silicon oxide film is etched by anisotropic etching to form a base lead electrode 8B via an insulating film 9c.
And a side wall spacer 9b on the side surface of the insulating film 9a.
Is formed (FIGS. 10 and 11A). Note that a silicon nitride film may be deposited instead of the silicon oxide film.

【0077】次に、単結晶シリコン層1cの全面にn形
不純物たとえばリンを含有する低抵抗の多結晶シリコン
膜をCVD法等によって堆積した後、その低抵抗多結晶
シリコン膜上に、エミッタ電極形成用のフォトレジスト
膜をフォトリソグラフィ技術によってパターニングし、
続いて、そのフォトレジスト膜をエッチングマスクとし
て、低抵抗多結晶シリコン膜をパターニングすることに
より、エミッタ引き出し電極8Eを形成する。さらに、
たとえばPSG膜を堆積し、このPSG膜をリフローし
て絶縁膜6を形成する(図11(b))。このリフロー
の際、あるいは独立に熱処理を行って、エミッタ引き出
し電極8Eからの不純物の拡散によりエミッタ領域4E
を形成する。熱処理の条件は、たとえば900℃、10
分である。
Next, a low-resistance polycrystalline silicon film containing an n-type impurity such as phosphorus is deposited on the entire surface of the single-crystal silicon layer 1c by CVD or the like, and then an emitter electrode is formed on the low-resistance polycrystalline silicon film. Patterning the photoresist film for formation by photolithography technology,
Subsequently, using the photoresist film as an etching mask, the low-resistivity polycrystalline silicon film is patterned to form an emitter extraction electrode 8E. further,
For example, a PSG film is deposited, and the PSG film is reflowed to form an insulating film 6 (FIG. 11B). At the time of this reflow or independently, a heat treatment is performed to diffuse the impurity from the emitter extraction electrode 8E so that the emitter region 4E is diffused.
To form The conditions of the heat treatment are, for example, 900 ° C., 10
Minutes.

【0078】次に、ベース引き出し電極8B、エミッタ
引き出し電極8E、上部電極11、半導体領域13c、
多結晶シリコン膜15上の絶縁膜6、9aに接続孔を開
口し、たとえば50nm膜厚のタングステン膜をスパッ
タ法で、150nm膜厚のタングステン膜をCVD法
で、600nm膜厚のアルミニウム膜をスパッタ法で、
さらに100nm膜厚のタングステン膜をスパッタ法で
順次堆積し、この積層金属膜をパターニングしてコレク
タ電極8C、第1層配線10a、10b、配線14、1
6を形成する(図12)。
Next, the base extraction electrode 8B, the emitter extraction electrode 8E, the upper electrode 11, the semiconductor region 13c,
Connection holes are opened in the insulating films 6 and 9a on the polycrystalline silicon film 15, for example, a 50 nm thick tungsten film is sputtered, a 150 nm thick tungsten film is sputtered, and a 600 nm thick aluminum film is sputtered. By law
Further, a tungsten film having a thickness of 100 nm is sequentially deposited by a sputtering method, and the laminated metal film is patterned to form a collector electrode 8C, first layer wirings 10a and 10b, wirings 14 and 1,
6 (FIG. 12).

【0079】最後に、コレクタ電極8C、第1層配線1
0a、10b、配線14、16上に層間絶縁膜17をた
とえばCVD法により形成し、これに接続孔を開口した
後、前記コレクタ電極8C等と同様に、第2層配線18
を形成する。さらに、絶縁膜19をたとえばCVD法に
より形成し、接続孔を開口後、バンプ下地金属20とな
る金属積層膜をたとえばスパッタ法により堆積し、これ
をパターニングしてバンプ下地金属20を形成する。そ
の後、パターニング等公知の方法を用いてバンプ下地金
属20上にバンプ21を形成し、図1に示す半導体装置
を完成する。
Finally, the collector electrode 8C and the first layer wiring 1
After the interlayer insulating film 17 is formed on the wirings 0a and 10b and the wirings 14 and 16 by, for example, a CVD method, and a connection hole is opened in the interlayer insulating film 17, the second layer wiring 18
To form Further, an insulating film 19 is formed by, for example, a CVD method, and after a connection hole is opened, a metal laminated film to be a bump-underlying metal 20 is deposited by, for example, a sputtering method, and this is patterned to form a bump-underlying metal 20. Thereafter, bumps 21 are formed on the bump base metal 20 by using a known method such as patterning, and the semiconductor device shown in FIG. 1 is completed.

【0080】本実施の形態1の半導体装置およびその製
造方法によれば、斜めイオン注入により真性ベース領域
4B1 、外部ベース領域4B2 の一部および接続領域4
B3を形成することができ、ベース幅を低減して半導体
装置の性能を向上するとともに半導体装置の素子特性の
ばらつきを低減し、かつ製造コストを低減して、安価で
かつ高性能な半導体装置およびその製造技術を提供でき
る。
According to the semiconductor device of Embodiment 1 and the method of manufacturing the same, oblique ion implantation is used to implant intrinsic base region 4B1, part of external base region 4B2 and connection region 4B.
B3 can be formed, the base width is reduced, the performance of the semiconductor device is improved, the variation in the element characteristics of the semiconductor device is reduced, and the manufacturing cost is reduced. The manufacturing technology can be provided.

【0081】(実施の形態2)図13は、本発明の他の
実施の形態である半導体装置の一例を示した断面図であ
り、実施の形態1の図1におけるII部に相当する部分
を拡大して示した拡大断面図である。
(Embodiment 2) FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, in which a portion corresponding to II portion in FIG. It is the expanded sectional view which expanded and shown.

【0082】本実施の形態2の半導体装置は、ベース引
き出し電極8Bおよび外部ベース領域4B2 の構成にお
いて実施の形態1の半導体装置と相違し、他の構成につ
いては実施の形態1の半導体装置と同様である。したが
ってその説明は省略する。
The semiconductor device of the second embodiment differs from the semiconductor device of the first embodiment in the configuration of the base lead electrode 8B and the external base region 4B2, and the other configurations are the same as those of the semiconductor device of the first embodiment. It is. Therefore, the description is omitted.

【0083】本実施の形態2の半導体装置のベース引き
出し電極8Bは、第1電極層8B1と第2電極層8B2
とから構成される。第2電極層8B2 は、実施の形態1
のベース引き出し電極8Bと同様な構成であり、不純物
が高濃度に導入された多結晶シリコン膜であるが、第1
電極層8B1 には不純物は含まれるものの第2電極層8
B2 よりも少ない不純物濃度である。
In the semiconductor device according to the second embodiment, the base lead electrode 8B comprises a first electrode layer 8B1 and a second electrode layer 8B2.
It is composed of The second electrode layer 8B2 corresponds to the first embodiment.
Is a polycrystalline silicon film in which impurities are introduced at a high concentration.
Although the electrode layer 8B1 contains impurities, the second electrode layer 8
The impurity concentration is lower than that of B2.

【0084】このように第1電極層8B1 に含まれる不
純物の濃度が第2電極層8B2 の不純物濃度よりも低く
なるのは、その製造工程に起因する。つまり、本実施の
形態2の半導体装置の製造方法は、実施の形態1の図6
に示す工程において、ベース引き出し電極8Bとなるボ
ロンがドープされた多結晶シリコン膜の堆積前に、ノン
ドープの多結晶シリコン膜を堆積するものである。すな
わち、ボロンがドープされた多結晶シリコン膜は第2電
極層8B2 となり、ノンドープの多結晶シリコン膜は、
第1電極層8B1 となる。
The reason why the concentration of the impurity contained in the first electrode layer 8B1 is lower than the impurity concentration of the second electrode layer 8B2 is due to the manufacturing process. That is, the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
In the process shown in (1), a non-doped polycrystalline silicon film is deposited before depositing a boron-doped polycrystalline silicon film to be the base extraction electrode 8B. That is, the boron-doped polycrystalline silicon film becomes the second electrode layer 8B2, and the non-doped polycrystalline silicon film is
It becomes the first electrode layer 8B1.

【0085】多結晶シリコン膜の被膜形成当初において
は、第1電極層8B1 にはボロンは導入されないが、そ
の後の熱処理等により第1電極層8B1 には第2電極層
8B2 からのボロンが拡散し、ある程度のボロン濃度を
有するようになる。このため、第2電極層8B2 からの
ボロンの拡散は第1電極層8B1 までに止まり、半導体
基体1にまで達しないように熱処理条件、第1電極層8
B1 の膜厚を調整できる。この結果、本実施の形態2の
半導体装置の外部ベース領域4B2 は、図13に示すよ
うに斜めイオン注入により形成された不純物領域で構成
されたものとすることができる。
At the beginning of the formation of the polycrystalline silicon film, boron is not introduced into the first electrode layer 8B1, but boron from the second electrode layer 8B2 diffuses into the first electrode layer 8B1 by a subsequent heat treatment or the like. Has a certain boron concentration. Therefore, the diffusion of boron from the second electrode layer 8B2 is stopped by the first electrode layer 8B1, and the heat treatment is performed so that the boron does not reach the semiconductor substrate 1.
The thickness of B1 can be adjusted. As a result, the external base region 4B2 of the semiconductor device according to the second embodiment can be constituted by impurity regions formed by oblique ion implantation as shown in FIG.

【0086】このようにベース引き出し電極8Bからの
不純物拡散がなくとも、本実施の形態の半導体装置で
は、斜めイオン注入により外部ベース領域4B2 が形成
されるため、ベースコンタクトに問題は発生せず、ベー
ス抵抗が高くなる等の弊害は生じない。一方、外部ベー
ス領域4B2 が必要最小限の体積で形成されるため、ベ
ースとコレクタとの接合領域が減少し、ベース・コレク
タ間の容量を低減して半導体装置の高速応答特性を向上
できる。
As described above, even if there is no impurity diffusion from the base extraction electrode 8B, in the semiconductor device of the present embodiment, since the external base region 4B2 is formed by oblique ion implantation, no problem occurs in the base contact. No adverse effects such as an increase in base resistance occur. On the other hand, since the external base region 4B2 is formed with a minimum necessary volume, the junction region between the base and the collector is reduced, the capacitance between the base and the collector is reduced, and the high-speed response characteristics of the semiconductor device can be improved.

【0087】なお、熱処理条件あるいは第1電極層8B
1 の膜厚を調整して、不純物が半導体基体1に拡散され
るようにしてもよいことは勿論である。
The heat treatment conditions or the first electrode layer 8B
It is a matter of course that the impurity may be diffused into the semiconductor substrate 1 by adjusting the thickness of the semiconductor substrate 1.

【0088】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the invention. Needless to say, it can be changed.

【0089】たとえば、上記実施の形態では、斜め方向
からのイオン注入のみのより真性ベース領域4B1 を形
成する例を示したが、垂直方向からのイオン注入を併用
して真性ベース領域4B1 を形成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, an example has been shown in which the intrinsic base region 4B1 is formed by only ion implantation from an oblique direction. However, the intrinsic base region 4B1 is formed by using ion implantation from a vertical direction. You may.

【0090】また、上記実施の形態では、npnトラン
ジスタの場合を例示したが、その導電型を逆に適用する
ことにより、pnpトランジスタにも同様に本発明を適
用できる。
In the above embodiment, the case of an npn transistor has been described as an example. However, the present invention can be similarly applied to a pnp transistor by applying the conductivity type in reverse.

【0091】また、上記実施の形態では、フィールド絶
縁膜2による分離領域の例を示したが、浅溝素子分離構
造により分離領域を構成してもよい。
In the above embodiment, the example of the isolation region by the field insulating film 2 has been described. However, the isolation region may be formed by a shallow trench element isolation structure.

【0092】[0092]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0093】(1)縦型バイポーラトランジスタの高速
化を図ることができる。
(1) The speed of the vertical bipolar transistor can be increased.

【0094】(2)縦型バイポーラトランジスタのベー
ス幅の浅接合化を図ることができる。
(2) It is possible to reduce the junction width of the base of the vertical bipolar transistor.

【0095】(3)縦型バイポーラトランジスタのベー
ス抵抗を低減することができる。
(3) The base resistance of the vertical bipolar transistor can be reduced.

【0096】(4)縦型バイポーラトランジスタの高速
化を図るとともに、素子間のばらつきを小さくし、安定
かつ均一な特性を実現することができる。
(4) The speed of the vertical bipolar transistor can be increased, the variation between elements can be reduced, and stable and uniform characteristics can be realized.

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

【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置の一例
を示した断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1におけるII部を拡大して示した断面図で
ある。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a portion II in FIG.

【図3】(a)および(b)は、実施の形態1の半導体
装置の製造工程の一例を工程順に示した断面図である。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps;

【図4】(a)および(b)は、実施の形態1の半導体
装置の製造工程の一例を工程順に示した断面図である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps;

【図5】(a)および(b)は、実施の形態1の半導体
装置の製造工程の一例を工程順に示した断面図である。
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【図6】実施の形態1の半導体装置の製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【図7】実施の形態1の半導体装置の製造工程の一例を
工程順に示した一部拡大断面図である。
FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【図8】実施の形態1の半導体装置の製造工程の一例を
工程順に示した一部拡大断面図である。
FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【図9】実施の形態1の半導体装置の製造工程の一例を
工程順に示した一部拡大断面図である。
FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【図10】実施の形態1の半導体装置の製造工程の一例
を工程順に示した一部拡大断面図である。
FIG. 10 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【図11】(a)および(b)は、実施の形態1の半導
体装置の製造工程の一例を工程順に示した断面図であ
る。
FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps;

【図12】実施の形態1の半導体装置の製造工程の一例
を工程順に示した一部拡大断面図である。
FIG. 12 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps;

【図13】本発明の他の実施の形態である半導体装置の
一例を示した一部拡大断面図である。
FIG. 13 is a partially enlarged sectional view showing an example of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基体 1a 基板 1b SOI絶縁層 1c 単結晶シリコン層 1c1 ボンドシリコン層 1c2 エピタキシャル成長層 2 フィールド絶縁膜 3 素子分離領域 4B ベース領域 4B1 真性ベース領域 4B2 外部ベース領域 4B3 接続領域 4C コレクタ領域 4C1 コレクタ埋め込み層 4C2 真性コレクタ領域 4C3 コレクタ引き出し層 4C4 ペデスタルコレクタ領域 4E エミッタ領域 6 絶縁膜 8B ベース引き出し電極 8B1 第1電極層 8B2 第2電極層 8C コレクタ電極 8E エミッタ引き出し電極 9a 絶縁膜 9b サイドウォールスペーサ 9c 絶縁膜 10a、10b 第1層配線 11 上部電極 12 容量絶縁膜 13 不純物半導体領域 13a〜13c 半導体領域 14 配線 15 多結晶シリコン膜 16 配線 17 層間絶縁膜 18 第2層配線 19 絶縁膜 20 バンプ下地金属 21 バンプ 22 犠牲酸化膜 23 不純物注入層 24 半導体領域 25 多結晶シリコン膜 26 シリコン酸化膜 27 U溝 28、29 シリコン酸化膜 30 開口 C 容量素子 R 抵抗素子 Tr npnトランジスタ M 距離 L 開口半径 d 開口深さ θ 入射角 fT 遮断周波数 fmax 最大遮断周波数 rbb ベース抵抗 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 1a substrate 1b SOI insulating layer 1c single crystal silicon layer 1c1 bond silicon layer 1c2 epitaxial growth layer 2 field insulating film 3 element isolation region 4B base region 4B1 intrinsic base region 4B2 external base region 4B3 connection region 4C collector region 4C1 collector buried layer Reference Signs List 4C2 Intrinsic collector region 4C3 Collector extraction layer 4C4 Pedestal collector region 4E Emitter region 6 Insulating film 8B Base extraction electrode 8B1 First electrode layer 8B2 Second electrode layer 8C Collector electrode 8E Emitter extraction electrode 9a Insulating film 9b Sidewall spacer 9c Insulating film 10a , 10b First layer wiring 11 Upper electrode 12 Capacitive insulating film 13 Impurity semiconductor region 13a to 13c Semiconductor region 14 Wiring 15 Polycrystalline silicon film 16 Wiring 17 Interlayer insulating film 18th Layer wiring 19 Insulating film 20 Bump base metal 21 Bump 22 Sacrificial oxide film 23 Impurity injection layer 24 Semiconductor region 25 Polycrystalline silicon film 26 Silicon oxide film 27 U groove 28, 29 Silicon oxide film 30 Opening C Capacitance element R Resistance element Tr npn Transistor M Distance L Opening radius d Opening depth θ Incident angle fT Cutoff frequency fmax Maximum cutoff frequency rbb Base resistance

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)半導体からなる基板またはその表
面に半導体層を有する基板の主面に第1導電型の不純物
を導入して第1半導体領域を形成し、前記第1半導体領
域上に第2半導体領域を形成する工程、 (b)前記第2半導体領域の表面近傍に第1分離領域お
よび前記第1半導体領域の下部に達する第2分離領域を
形成する工程、 (c)前記第1分離領域で囲まれた前記第2半導体領域
のうちの一部領域に、前記第1導電型の不純物を導入
し、前記第1半導体領域に達する第3半導体領域を形成
する工程、 (d)第2導電型の不純物が導入された第1多結晶シリ
コン膜を堆積し、前記第1分離領域で囲まれた前記第2
半導体領域のうちの他の領域およびその周辺の前記第1
分離領域を覆うように前記第1多結晶シリコン膜をエッ
チングする工程、 (e)前記第1多結晶シリコン膜を覆う第1絶縁膜を形
成する工程、 (f)前記第2半導体領域上の前記第1絶縁膜および第
1多結晶シリコン膜に開口を形成する工程、 (g)前記開口の底部の前記第2半導体領域に第2導電
型の不純物を前記基板に対して斜めの方向からイオン注
入し、トランジスタのベースとして機能する第1ベース
領域、前記第1多結晶シリコン膜の下部に形成される第
2ベース領域の一部および前記第1ベース領域と第2ベ
ース領域とを電気的に接続する第3ベース領域からなる
第4半導体領域を形成する工程、 (h)前記開口の内壁にサイドウォールスペーサを形成
し、前記開口底部の第4半導体領域、サイドウォールス
ペーサおよび第1絶縁膜上に、第1導電型の不純物を含
む第2多結晶シリコン膜を堆積する工程、 (i)前記開口部を残して前記第2多結晶シリコン膜を
エッチングする工程、 (j)前記基板の熱処理に伴う前記第1多結晶シリコン
膜からの拡散により前記第2ベース領域を形成する工
程、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A first semiconductor region is formed by introducing an impurity of a first conductivity type into a main surface of a substrate made of a semiconductor or a substrate having a semiconductor layer on a surface thereof, and a first semiconductor region is formed on the first semiconductor region. Forming a second semiconductor region; (b) forming a first isolation region near the surface of the second semiconductor region and a second isolation region reaching below the first semiconductor region; (c) forming the first isolation region. (D) forming a third semiconductor region reaching the first semiconductor region by introducing the impurity of the first conductivity type into a part of the second semiconductor region surrounded by the isolation region; Depositing a first polycrystalline silicon film into which a two-conductivity-type impurity is introduced, and forming the second polysilicon film surrounded by the first isolation region;
The first region in and around the other region of the semiconductor region;
Etching the first polycrystalline silicon film so as to cover the isolation region; (e) forming a first insulating film covering the first polycrystalline silicon film; and (f) forming the first insulating film on the second semiconductor region. Forming an opening in the first insulating film and the first polycrystalline silicon film; and (g) ion-implanting a second conductivity type impurity into the second semiconductor region at the bottom of the opening from a direction oblique to the substrate. A first base region functioning as a base of the transistor, a part of a second base region formed below the first polysilicon film, and an electrical connection between the first base region and the second base region; Forming a fourth semiconductor region consisting of a third base region to be formed; (h) forming a sidewall spacer on the inner wall of the opening; Depositing a second polycrystalline silicon film containing impurities of a first conductivity type on an insulating film; (i) etching the second polycrystalline silicon film while leaving the opening; (j) the substrate Forming the second base region by diffusion from the first polycrystalline silicon film in accordance with the heat treatment.
【請求項2】 (a)半導体からなる基板またはその表
面に半導体層を有する基板の主面に第1導電型の不純物
を導入して第1半導体領域を形成し、前記第1半導体領
域上に第2半導体領域を形成する工程、 (b)前記第2半導体領域の表面近傍に第1分離領域お
よび前記第1半導体領域の下部に達する第2分離領域を
形成する工程、 (c)前記第1分離領域で囲まれた前記第2半導体領域
のうちの一部領域に、前記第1導電型の不純物を導入
し、前記第1半導体領域に達する第3半導体領域を形成
する工程、 (d)不純物が積極的に導入されない第1多結晶シリコ
ン膜および第2導電型の不純物が導入された第2多結晶
シリコン膜を堆積し、前記第1分離領域で囲まれた前記
第2半導体領域のうちの他の領域およびその周辺の前記
第1分離領域を覆うように前記第2多結晶シリコン膜お
よび第1多結晶シリコン膜をエッチングする工程、 (e)前記第1および第2多結晶シリコン膜を覆う第1
絶縁膜を形成する工程、 (f)前記第2半導体領域上の前記第1絶縁膜、第2多
結晶シリコン膜および第1多結晶シリコン膜に開口を形
成する工程、 (g)前記開口の底部の前記第2半導体領域に第2導電
型の不純物を前記基板に対して斜めの方向からイオン注
入し、トランジスタのベースとして機能する第1ベース
領域、前記第1多結晶シリコン膜の下部に形成される第
2ベース領域および前記第1ベース領域と第2ベース領
域とを電気的に接続する第3ベース領域からなる第4半
導体領域を形成する工程、 (h)前記開口の内壁にサイドウォールスペーサを形成
し、前記開口底部の第4半導体領域、サイドウォールス
ペーサおよび第1絶縁膜上に、第1導電型の不純物を含
む第3多結晶シリコン膜を堆積する工程、 (i)前記開口部を残して前記第3多結晶シリコン膜を
エッチングする工程、を含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。
2. A first semiconductor region is formed by introducing an impurity of a first conductivity type into a main surface of a substrate made of a semiconductor or a substrate having a semiconductor layer on the surface thereof, and a first semiconductor region is formed on the first semiconductor region. Forming a second semiconductor region; (b) forming a first isolation region near the surface of the second semiconductor region and a second isolation region reaching below the first semiconductor region; (c) forming the first isolation region. A step of introducing the impurity of the first conductivity type into a part of the second semiconductor region surrounded by the isolation region to form a third semiconductor region reaching the first semiconductor region; Depositing a first polycrystalline silicon film into which no impurity is positively introduced and a second polycrystalline silicon film into which impurities of the second conductivity type are introduced, and forming the second polycrystalline silicon film in the second semiconductor region surrounded by the first isolation region. The first isolation in and around other areas Etching the second polycrystalline silicon film and the first polycrystalline silicon film so as to cover a region; (e) a first covering the first and second polycrystalline silicon films.
Forming an insulating film; (f) forming an opening in the first insulating film, the second polysilicon film, and the first polysilicon film on the second semiconductor region; and (g) a bottom of the opening. A second conductivity type impurity is ion-implanted into the second semiconductor region from an oblique direction with respect to the substrate to form a first base region functioning as a base of a transistor, formed under the first polycrystalline silicon film; Forming a fourth semiconductor region comprising a second base region and a third base region electrically connecting the first base region and the second base region, (h) forming a sidewall spacer on the inner wall of the opening. Forming and depositing a third polycrystalline silicon film containing impurities of a first conductivity type on the fourth semiconductor region, the sidewall spacer and the first insulating film at the bottom of the opening; (i) forming the opening Etching the third polycrystalline silicon film while leaving the third polycrystalline silicon film.
【請求項3】 請求項1または2記載の半導体装置の製
造方法であって、 前記(g)工程における斜めの方向からのイオン注入
は、 θ≧tan-1(d/L)、 (ただし、θは前記基板面に対するイオンの入射角、d
は前記開口の深さ、Lは前記開口半径である。)、 の条件を満足することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the ion implantation from an oblique direction in the step (g) is performed by: θ ≧ tan −1 (d / L); θ is the angle of incidence of ions on the substrate surface, d
Is the depth of the opening, and L is the opening radius. A method of manufacturing a semiconductor device, which satisfies the following conditions.
【請求項4】 請求項1〜3の何れか一項に記載の半導
体装置の製造方法であって、 前記(g)工程において、斜めの方向からのイオン注入
に加えて、前記基板に対する垂直方向からのイオン注入
を重ねて行い、前記第4半導体領域を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step (g), in addition to ion implantation from an oblique direction, a direction perpendicular to the substrate. Forming the fourth semiconductor region by performing ion implantation from the semiconductor device repeatedly.
【請求項5】 請求項1〜4の何れか一項に記載の半導
体装置の製造方法であって、 前記基板の熱処理に伴う、前記(h)工程で堆積され前
記(i)工程でエッチングされた前記第2多結晶シリコ
ン膜または第3多結晶シリコン膜からの前記第4半導体
領域への不純物の拡散により、前記トランジスタのエミ
ッタとして機能する第5半導体領域を形成する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is deposited in the step (h) and etched in the step (i) in accordance with the heat treatment of the substrate. Forming a fifth semiconductor region functioning as an emitter of the transistor by diffusing impurities from the second polysilicon film or the third polysilicon film into the fourth semiconductor region. Semiconductor device manufacturing method.
【請求項6】 請求項1〜4の何れか一項に記載の半導
体装置の製造方法であって、 前記(h)工程におけるサイドウォールスペーサの形成
後に、前記開口の底部の前記第4半導体領域に第1導電
型の不純物を前記基板に対して斜めの方向からイオン注
入し、前記トランジスタのエミッタとして機能する第5
半導体領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the fourth semiconductor region is formed at a bottom of the opening after forming the sidewall spacer in the step (h). Then, a first conductivity type impurity is ion-implanted into the substrate from an oblique direction, and a fifth impurity functioning as an emitter of the transistor is implanted.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a semiconductor region.
【請求項7】 半導体からなる基板または半導体層をそ
の表面に有する基板と、前記基板の主面に形成され、ト
ランジスタのエミッタとして機能する第1導電型の不純
物が導入された第1半導体領域と、前記第1半導体領域
を覆い、トランジスタのベースとして機能する第1ベー
ス領域、ベース引き出し電極下の一部に形成された第2
ベース領域および前記第1ベース領域と第2ベース領域
とを電気的に接続する第3ベース領域からなり第2導電
型の不純物が導入された第2半導体領域と、前記第2半
導体領域の下部に形成され、トランジスタのコレクタと
して機能する第1導電型の不純物が導入された第3半導
体領域とを有する半導体装置であって、 前記第1ベース領域の底面の深さが前記第3ベース領域
の底面の深さよりも浅いことを特徴とする半導体装置。
7. A semiconductor substrate or a substrate having a semiconductor layer on a surface thereof, a first semiconductor region formed on a main surface of the substrate and doped with a first conductivity type impurity functioning as an emitter of a transistor. A first base region covering the first semiconductor region and functioning as a base of the transistor; and a second base region formed under a base extraction electrode.
A second semiconductor region including a base region, a third base region electrically connecting the first base region and the second base region, into which impurities of the second conductivity type are introduced, and a lower portion of the second semiconductor region. And a third semiconductor region doped with a first conductivity type impurity functioning as a collector of a transistor, wherein the depth of the bottom surface of the first base region is the bottom surface of the third base region. A semiconductor device characterized by being shallower than a depth of the semiconductor device.
【請求項8】 請求項7記載の半導体装置であって、 前記ベース引き出し電極下の前記基板の主面に、前記第
2ベース領域に電気的に接続され、前記ベース引き出し
電極からの第2導電型の不純物の拡散により形成された
外部ベース領域を有することを特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the second base region is electrically connected to the main surface of the substrate below the base extraction electrode, and is electrically connected to the second base region. A semiconductor device having an external base region formed by diffusion of a type impurity.
【請求項9】 請求項7記載の半導体装置であって、 前記ベース引き出し電極が、前記基板の主面上に形成さ
れ、第2導電型の不純物を多く含まない第1多結晶シリ
コン膜と、前記第1多結晶シリコン膜上に形成され、第
2導電型の不純物を多く含む第2多結晶シリコン膜との
積層膜で構成され、前記ベース引き出し電極下の前記基
板の主面には、前記ベース引き出し電極からの前記不純
物の拡散による不純物半導体領域が形成されていないこ
とを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 7, wherein said base extraction electrode is formed on a main surface of said substrate, and said first polycrystalline silicon film does not contain much second conductivity type impurities. A second polycrystalline silicon film formed on the first polycrystalline silicon film, the second polycrystalline silicon film containing a large amount of impurities of a second conductivity type; A semiconductor device, wherein an impurity semiconductor region is not formed by diffusion of the impurity from a base lead electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2419230A (en) * 2004-10-14 2006-04-19 X Fab Semiconductor Foundries Method of reducing the base resistance of bipolar transistors

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