JPS586167A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置Ｉｊｌ＃にバイポーラトランジスタ
を含む半導体装置の製造方法に関する。

最近エレクトロニクスの応用分野が広がるにつれて％特
性の異る種々のトランジスタを一枚の基板に形成した半
導体集積回路を製作することが多くなってきている。こ
の傾向は特にバイポーラトランジスタを用いたリニア牛
導体集積回路（以下ＬＩＣという）において強くなって
いる。このような半導体集積回路の製作において重要亀
こと社。

いかにしてより少い工程でもって特性の異る種々のトラ
ンジスタを形成するかということである・原理的には特
性を得るに必要なトランジスタの活性領域を形成するた
めに２条件を変えて何回でも選択的に不純物の導入を行
えば良いわけであるが、実際問題としては、そう多数回
の地理を行うことは峻しく、父、不純物の導入工程が増
えれば増えるほどＬＩＣの品質及び製造歩留りが大幅に
低下する。従って、各トランジスタの大きさを変えて設
計する仁とにより、各トランジスタはなるべく同一工程
で製作できるように工夫されているが設計の自由度は必
ずしも大きくはない。

特に、−個（２）ＬＩＣの中に通常のバイポーラトラン
ジスタと楽積注入−理回路（インテグレーテッド　イン
ジエクシ曹ン　ロジツ／　；　１ｍｔｅｇｒａ−ｔｅｄ
　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｌｏｇｉｃ：ｌ”Ｌ　）を−緒
に作プ込む場合両者トランジスタを同一不純物導入工程
で形成したのでは所望の特性を得ることが極めて内層で
ある。

第１図はか＼２従来例のＩＬＬ累子（以下単にＩ”Ｌと
いう）とバイポーラトランジスタを含むＬＩＣの一部分
を示す模式的断面図である。

パイボーラド２ンジスタ１とＩＩＬ２とが分離拡散領域
２０により隔てられて同一半導体基板５に形成されてい
る。この図で３はＰ型子導体基体。

４はＮ＋ｆｊｌ！埋込拡散領域、５は気相成長により形
成され九Ｎ型半導体基板、６，７，８，９．１０　及び
１１はそれぞれトランジスタｌのベース領域（ＰＩＩ）
、エミッタ領域（Ｎ＋型）、コレクタ電極増出し領域（
Ｎ”ｆｆ１）、　　ベース電極、エミッタ電極及びコレ
クタ電極である。一方、１２．ｉ３．１４゜１５．１６
，１７．１８及び１９はＩ”Ｌ　２のベース領域（Ｐ型
）％インジェクタ領域（ＰｆＪ）、ｊｔｇｉ　’：ｘレ
クタ領域（Ｎ＋型）、第２コレクタ領域（Ｎ＋型）、ベ
ース電極、インジェクタ電極、第１コレクタ電極及び第
２コレクタ電極である。なお２１は酸化シリコン膜であ
る。

このような構造のＬＩＣにおいて最も問題になることは
、もともとＩＩＬは低圧動作であるのでトランジスタｌ
の耐圧を大きくすることが国電なことである。

トランジスタｌの耐圧を大きくするにはそのベース幅Ｗ
ｂｔを大きくかつその不純物濃［ｔ−上げる必要がある
が、同一の不純物導入工程でＩＩＬも形成するとすると
ＩＩＬの縦形トランジスタ（逆方向Ｎ）’Ｎ　トランジ
スタ、以下単に逆トランジスタという）のベース幅Ｗｂ
ｚも大となりかつ電子の注入効率が小さくなる結果その
電流増幅率βＵが小さくなり動作特性が規格を満足しな
くなる場合が生じるＯ 又逆トランジスタのベース領域１２の不純物濃度を低く
すると逆トランジスタのβＵは大きくなるが、横形トラ
ンジスタ（インジェクタミツ、牛４体基板５．ベース領
域１２で形成→の正孔の注入効率が小さくなる結果その
利得が小さくなってしまうことになる０ すなわち、このＬＩＣの機能を最大限に発揮する九めに
は、■　トランジスタｌのベース領域６は不純物濃度が
高くかつベース幅Ｗｂ　１も大きいこと０■　ＩＩＬの
逆トランジスタのベース領域１２はその真性ベース領域
（コレクタ領域１４．１５の真下部分）は不純物濃度が
低くかつベース幅Ｗｂｓが小さいこと。■　ＩＬＬの逆
トランジスタのベース領域１２の真性ベース領域以外の
部分は不純物濃度が高くかつその領域の深さが深いとと
０（グラフトベース構造）。の三つの条件を同時に満足
しなければならない。

これらの条件を満たす構造のＬＩＣはベース領域の不純
物導入を２回に分けて行うことにより可能であるが、工
程数が増えるという問題の外Ｋ。

Ｉ”Ｌ　２の横形トランジスタのベース幅Ｗｂｓの決定
が！スフの目金せずれによシネ正確になる結果。

ＬＩＣの品質及び製造歩留９が大幅に低下するという問
題点を有している。

本発明の目的は、上述のか＼る問題点を解決する丸めに
、−回の不純物導入によりそれぞれ不純物濃度及び深さ
の異る複数のベース領域を形成することができる半導体
装置の製造方法を提供することにある。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板のトラン
ジスタを形成すべき領域の一部分を露出し不純物を導入
する工程と、この露出し友部分の少くとも一つの特定部
分を露出したま＼にして前記半導体基板の表面を絶縁膜
で被覆し酸化雰囲気中で熱処理する工程と、不活性ガス
雰囲気中で前記導入した不純物の押込み拡散を行う工程
とを含むことから成っている０ 以下図面を参照し本発明について詳しく説明するＯ 第２図（ｊｌ）〜（ｅ）は本発明の適用の一実施例であ
るＬＩＣの製造方法の主要工程におけるＬＩＣの一部分
を示す模式的断面図である０この実施例は第１図に示し
たＩｌｌとトランジスタからなるＬＩＣと同じものに本
発明を適用し丸ものであり、第２図の各断面図では第１
図の半導体基板５の下部から下は省略してあシ、更に酸
化膜の開口部段等の細かい点も示されていない。

Ｎ型半導体基板３５のトランジスタ３１及び１”Ｌ　３
２を形成すべき領域の一部分（トランジスタ３１のベー
ス領域３６　、　ＩＩＬのベース領域４２、インジェク
タ領域４３０部分）を露出し、Ｂ　イオン注入により不
純物を導入する工程（第２図（ｂ））と、この露出した
部分の１！Ｌのコレクタ領域を形成すべき部分を除い友
他の部分を絶縁層として窒化シリコン膜５２で被覆しく
第２図（Ｃ）　）、酸化雰囲気中で熱処理し酸化シリコ
ン膜５３を形成する工程（第２図（ｄ）　’）　、不活
性ガス雰囲気中で押込み拡散することによシそれぞれ不
純物濃度及び深さの異る領域（トランジスタ３１のベー
ス領域３６１１Ｌ（ＤＣ−ス領域４２．インジェクタ領
域４３０部分）ｔ−形成する工程（第２図（Ｃ））を含
んでこの実施例の製造方法りできている。

以下この実施例についてより詳細に説明する〇比抵抗ｌ
Ω・１のＰ型のシリコン基体のトランジスタ３１及びＩ
ＩＬ　３２を形成すべき領域に層抵抗（以下ρ−という
）約２０ΩΔ］のＮ壓埋込拡散領埴を形成し、その上に
気相成長によシ形成された比抵抗約ｌΩ・１厚さ約１０
声 にＰ＋型の分離拡散領域５０を設は基１ｊ３５上にシリ
コン酸化膜（以下Ｓｉへ膜という）５１ｔ−形成する。

（第２図（５１）　）　ｏ次いで、例えばふつ酸による
選択エツチングによシ、トランジスタ３１のベース領域
３６，Ｉ”Ｌ３２のベース領域４２及びインジェクタ領
域４３を形成すべき部分を露出した上で、例えばボロン
イオンを加速電圧５０ＫｅＶで５ｘｌＱ”ＣＩ＆−”程
度注入する。（第２図（ｂ）　）　ｏ次いでその表面に
絶縁膜として窒化シリコン８５２をＣＶＤ法テ０．５，
ｇｍｌ！［被覆し１１１，のコレクタ４４。

４５を形成すべき領域の部分を例えばグツズｉエツチン
グにより富山させるｏ　（ｇｚ図（Ｃ）　）　ｏ次いで
例えば酸化雰囲気としてスチーム酸素雰囲気中で１００
０℃根度の熱処理を施し前記コレクタ４４。

４５を形成すべき領域に酸化シリコン１１４Ｉ５３ｔ−
数百Ａの厚さに形成する。（＊　２図ｔａｔ　）　ｏか
くして。

シリコン酸化ｇ［５３は図示のようにＩＩＬのベース領
域４２の内側にも食い込み形成され、かつ酸化膜中へは
ベース領域４２からの不純物拡散が同時に行われるので
、酸化膜真下のベース領域４２は厚さが薄くなるととも
に不純物濃度も低くなる。

次いで，窒化シリコン膜５２及び酸化シリコン膜５１を
一度取シ去り，新たに酸化シリコン膜５１を全面に再形
成させて１例えば窒素のような不活性ガス雰囲気中で１
１４０℃程度の鳥温で約１時間の押し込み拡散を行う０
（第２図（ｅ）　）　ｏなおこの場合必ずしも再酸化膜
の形成は必要ではなくもとの酸化膜と窒化−のま＼この
押込み拡散を行っても良い０かくしてトランジスタ３１
のベース領域３６、Ｉ”Ｌのベース領域４２及びＩ”Ｌ
のインジェクタ領域４３が最終的に形成されるＯこの場
合。

上述のようにＩＩＬ　３　２のベース領域４２のコレク
タ４４．４５金形成すべき領域部分は厚さが薄く且つ不
純物濃度が他よりも低くなっているので，これらの部分
では，不純物の押込みが小さくなりいわゆるグラフトベ
ース構造が得られる。

次いで、従来の方法によｈＮ型不純物を拡散してトラン
ジスタ３１のエミッタ領域３７％コレクタ電極取出し領
域３８及びＩＩＬの逆トランジスタの第１．第２コレク
タ領域４４．４５’を形成し、更に酸化シリコン膜５１
を開口し例えばアル建エクムを蒸着してトランジスタ３
１のベース電極３９。

エミッタ電極４０、コレタタミ極４１％　ｌ■Ｌのベー
Ｘ電極４６％インジェクタ電極４７、第１コレクタ電極
４８％第２コレクタ電極４９をそれぞれ形成することに
より不発明の一実施例の方法を適用して製造され＆Ｌ　
Ｉ　Ｃａ出来上るＯ以上詳細ＫＹＩ１．明し九通シこの
実施例０ＬＩＣは。

第２図（ｆ）に示す如く、トランジスタ３１のベース領
域は不純物の導入とその押込み拡散の条件を制御するこ
とによりその不純物濃度を高くするとともにベース幅Ｗ
ｂｌを大きくすることができるので所要の高耐圧トラン
ジスタを得ることができるＯ更に、ｌ唱の逆トランジス
タのベース領域４２のうちコレクタ４４．４５の真下の
真性ベース領域は、シリコン酸化膜の形成条件を制御す
ることによりその不純物１１１［を低くするとともにベ
ース幅Ｗｂｓを小さくすることができ、この真性ベース
領域以外の部分はトランジスタ３１のベース領域３６と
同じ条件で同時に形成されるので、その不純物濃度は高
く深さも深いいわゆるグラフトベース構造が得られるの
で逆トランジスタの電流増幅率βＵを大きくすることが
できる０ 更に又、　ＩＬＬのインジェクタ領域４３はトランジス
タ３１のベース領域３６と同じ条件で同時に形成される
ので、その不純物濃度は高く深さが深いので、横形トラ
ンジスタの利得を大きくすることができる０又、ベース
の不純物導入は一回だけであるので、マスクの目金せず
れは無く従ってベース幅Ｗ１は正確に設定されることに
な、９．ＬＩＣの品質のばらつき製品歩留の低下を来す
ことも無くなる０ すなわち、この実施例のＬＩＣは前述のＬＩＣの機能￥
ｔｉＩｔ大限に発揮するための３つの条件を完全に満足
していることになる〇 なお、この実施例においては、ベース不純物の導入を不
純物イオン注入法による場合について説明したが、これ
は不純物の熱拡散によってもできることはいうまでもな
い。

又、絶＃物として窒化シリコン暎の場合について説明し
たが、仁れも酸化シリコン等の他のものであっても差支
えない。

なお、又半導体基板としてＰｆｉを用い九がｈ型でも差
支えない。

更に又、一実施例としてバイポーラトランジスタと１−
からなる１、ＩＣの場合について説明したが１本発明の
方法は、基本的に社半導体基板にトランジスタを一１１
形成する場合も同様であ夛、喪は一回のベース不純物導
入工程のみで、特定部分に酸化膜を形成した＠、押込み
拡散を行うことにより、不純物製板と拡散深さの異るベ
ース領域を形成することにある。

以上詳細に説明したとお９１本発明の半導体装置の製造
方法は、ただ−回のベース不純物導入工程のみで＆特定
部分に酸化ａｔ−形成した後、熱処理することにより、
不純物濃度と拡散深さの異る複数のベース領域を形成す
ることができるので。

リニア半導体集積回路のように特性の異る種々のトラン
ジスタを一枚の基板に集積する場合に問題となる製造工
程の増大、製品の品質並びに製品歩留りの低下などの問
題を解決することができその効果は大である０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例０ＬＩＣの一部分を示す模式的断面図、
第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明の適用の一実施例である
ＬＩＣＯ主！！製造工程における１、ＩＣの一部分を示
す模式的断面図である０ １．３１・・・・・・バイポーラトランジスタ、２．３
２−・・・・・ｌル素子、３・・・・・・Ｐ型半導体基
体、４・・・＊＋＊　Ｎ＋型埋込拡散領域％５．３５・
・・−Ｎ　ｍ半導体基板％６．１２．３６．４２−・・
−・・ベース領域、７，３７・・・・・・エミッタ領域
、８．３８・・・・・・コレクタ電極取出し領域。 ９．１６，３９．４６　　・・・・・・ベース電極、１
０，４０・・・・・・エミッタ領域、１１．４１・・・
・・−コレクタ領域、１３゜４３・・・・・・インジェ
クタ領域、１４．４４・・・・・・第１コレクタ領域、
１５．４５−・・・・・第２コレクタ領域、２０＃５０
・・・・・・分離拡散領域、２１．５１．５３・・・・
・・酸化シリコン膜、　５２−−−−−−窒化シ９　：
ｓ　ンｊｌｌ［、Ｗｂｌ、Ｗｂｓ。 爾ト・・・・・ベース幅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板のトランジスタを形成すべき領域の一部分を
   露出し不純物を導入する工程と、この露出し九部分の少
   くとも一つの特定部分を露出したｔ〜にして前記半導体
   基板の表面を絶縁膜で被覆し酸化雰囲気中で熱処理する
   工程と、不活性ガス雰囲気中で前記導入した不純物の押
   込み拡散を行う工程とを含むことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。