JPS60136372A - 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】 ［技術分野］ この発明は、半導体技術さらには半導体集積回路に適用
して特に有効な技術に関するもので、例えば半導体集積
回路におけるバイポーラトランジスタの形成に利用して
有効な技術に関する。

［背景技術］ 従来のバイポーラ集積回路におけるバイポーラトランジ
スタの一般的な形成方法とその構造は。

例えば日経エレクトロニクス１９８１年９月２８日号（
Ｎｏ、２７４）１２２頁等において知られている。第１
図はそのような公知のバイポーラトランジスタの一構成
例を示すものである。

すなわち、バイポーラトランジスタは、Ｐ型シリコンか
らなる半導体基板１上に、酸化膜を形成してからこの酸
化膜の適当な位置に埋込み拡散用パターンの穴をあけ、
この酸化膜をマスクとしてひ素もしくはアンチモン等の
Ｎ型不純物を熱拡散して部分的にＮ＋＋込層２を形成す
る。そして、酸化膜を除去してからチャンネルストッパ
用のＰ＋型拡散層３を形成し、その上に気相成長法によ
すＮ−型エピタキシャル層４を成長させ、その表面に酸
化膜（Ｓｉ０２）と窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を形成する。

その後、ホトエツチングにより酸化膜と窒化膜を部分的
に除去してこれをマスクとしてその部分に分離用の比較
的厚い酸化膜５を形成した後、窒化膜を取り除く。それ
から、窒化膜等でマスクしてコレクタ領域の引上げ口と
なる部分にリン等のＮ型不純物の選択熱拡散処理を行な
ってＮ＋型型数散層６形成し、またＮ−型エピタキシャ
ル層４上には同じく選択熱拡散処理によりＰ型ベース領
域９を形成してからこのＰ型ベース領域９内に選択熱拡
散処理によってＮ中型エミッタ領域１０を形成すること
により、第１図に示すようなＮＰＮ型のバイポーラトラ
ンジスタが形成されていた。

ところで、バイポーラトランジスタにおいてトランジス
タの動作速度を向上させるには、ベース幅（厚み）を小
さくしてやる必要があり、ベース幅を小さくするには、
ベース領域の拡散深さを浅くしてやオしばよい。

しかるに、第１図に示すような従来のバイポーラトラン
ジスタにあっては、Ｐ型ベース領域９全体が同時に形成
されるようにされているので、不純物濃度が均一にされ
る。そのため、電流増幅率等に影響するエミッタ領域１
０の下方の真性ベース領域の不純物濃度によってベース
領域全体の濃度が決定されてしまう。従って、トランジ
スタの高周波特性を向上させるため、ベース幅（厚み）
を小さくするとベース抵抗が大きくなってしまい、逆に
ベース抵抗を下げるためベース幅を大きくすると高周波
特性が劣下してしまうという不都合がある。

そこで、本発明者は、エミッタ領域下方の真性ベース領
域とその周辺の外部ベース領域の厚みを変え、真性ベー
ス領域のみ薄くして外部ベース領域を厚く形成すること
によって、高周波特性を向上させ、かつベース抵抗を下
げることができるようにした１〜ランジスタ構造を開発
した。しかしながら、そのような厚みの異なる真性ベー
ス領域と外部ベース領域を形成するには、プロセスが非
常に複雑になるおそれがある。

［発明の目的］ この発明の目的は、従来に比べて顕著な効果を奏する半
導体技術を提供することにある。

この発明の他の目的は、例えばバイポーラ集積回路にお
けるバイポーラトランジスタの形成に適用した場合に、
高周波特性およびベース抵抗の良好なトランジスタを簡
単なプロセスによって形成できるようにすることにある
。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては１本明細書の記述および添附図面から明かにな
るであろう。

［発明の概要］ 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
を説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、この発明は、例えばバイポーラ集積回路のプ
ロセスにおいて、酸化膜を介して活性領域に打ち込まれ
るイオンの種類によって飛程距離が異なることを利用し
て、外部ベース領域には真性ベース領域よりも飛程距離
の長いイオンを打ち込み、真性ベース領域には外部ベー
ス領域よりも飛程距離の短いイオンを打ち込んでから同
時に熱拡散させることにより、真性ベース領域の厚みが
外部ベース領域よりも薄い構造（いわゆるグラフトベー
ス構造）を有するトランジスタを簡単なプロセスによっ
て形成できるようにするという上記目的を達成させるも
のである。

以下図面を用いてこの発明を具体的に説明する。

［実施例］ 第２図〜第６図は、本発明をバイポーラ集積回路におけ
るバイポーラトランジスタの製造技術に適用した場合の
一実施例を製造工程順に示したものである。

この実施例では、Ｐ型シリコンのような半導体基板ｌ上
にＮ＋埋込層２およびチャンネルストッパ用Ｐ＋型拡散
層３を形成して、その上にＮ−型エピタキシャル層４お
よび分離用酸化膜（Ｓｉ０２）５を形成してから、コレ
クタの引上げ口となるＮ＋拡散層６を形成して第２図に
示すような構造を得るまでの工程は従来と全く同じであ
る。これについては、背景技術のところで既に説明した
のでこれ以上言及しない。

第２図の状態からは、先ずボロンイオンＢ＋に比べて飛
程距離の短いＢ・Ｆ２イオンを全面に打ち込む。次に、
エミッタの形成される部分の酸化膜５ａを除去してから
、全面にポリシリコン（多結晶シリコン）をＣＶＤ法に
よりデポジションさせる。それから、ホトエツチングに
より不用な部分のポリシリコンを除去して、エミッタ領
域およびコレクタ引出し口６の上にポリシリコン電極７
ａ。

７ｂが残るようにする。しかる後、特に制限されないが
、この実施例では全面にホトレジスト８を塗布して、外
部ベース領域以外の部分のホトレジストを除去して第３
図の状態となる。

次に、上記ホトレジスト８をマスクとして、飛程距離の
長いボロンイオンを全面に打ち込む。すると、エミッタ
領域となる部分の上には、ポリシリコン電極７ａとホト
レジスト８とがあるため、真性ベース領域となる部分に
はボロンイオンが到達しない。そこで、熱処理を施して
打ち込まれた不純物を同時に拡散させると、第４図に示
すように、ポリシリコン電極７ａの下方には真性ベース
領域となる浅いＰ型拡散層９ａが形成され、その外側に
は外部ベース領域となる深いＰ型拡散層９ｂが形成され
る。

第４図の状態の後は、先ずポリシリコン電極７ａ、７ｂ
上のホトレジスト８を除去してから、ポリシリコン電極
７ａに対してホトレジスト等をマスクにして選択的にひ
素のようなＮ型不純物のイオン打込みを行なう。それか
ら、熱処理を施してポリシリコン電極７ａからの不純物
拡散によって、エミッタ領域となるＮ型拡散層１０を形
成して第５図の状態となる。

その後、基板１の主面側全体にＰＳＧ膜（リン・ケイ酸
ガラス膜）のような眉間絶縁膜１１をデポジションして
から、ベース領域、エミッタ領域およびコレクタ引出し
口への各コンタクトホール１２ａ〜１２ｃを形成する。

そして、その上にアルミニウム層を蒸着させてから、ホ
トエツチングにより配線およびアルミ電極１３ａ〜１３
ｃを形成し、その上に５ｉ０２膜のようなパッシベーシ
ョン１ｌｉｉｉ１４をＣＶＤ法等により形成して第６図
のような完成状態とされる。

上記実施例によれば、真性ベース領域９ａとなる部分に
打ち込まれるＢＦ２イオンよりも、外部ベース領域９ｂ
となる部分に打ち込まれるボロンイオンの方が、同じエ
ネルギで打込みを行なった場合飛程距離が長いので、真
性ベース領域９ａを浅くし、外部ベース領域９ｂを深く
することができる。

その結果、真性ベース領域９ａのベース幅が狭くなって
高周波特性が向上し、かつ外部ベース領域９ｂの断面積
が大きくなるためベース抵抗も小さくなる。

上記の場合、同じイオン（例えばボロンイオン）を使っ
て打込みを行なっても、エネルギを変えてやれば飛程距
離を変えることができるので、これによって真性ベース
領域９ａと外部ベース領域９ｂの深さを異ならしめるよ
うにすることはできる。

しかし、浅い真性ベース領域９ａを形成するために、外
部ベース領域９ｂに５０ｋｅＶ程度のエネルギでボロン
イオンの打込みを行なったとすると。

真性ベース領域９ａにはこれよりも低い３０ｋｅＶ程度
のエネルギでボロンイオンの打込みに行なう必要がある
。ところが、３０ｋｅＶ程度のエネルギによる打込みで
は、酸化膜５ａの厚みのバラツキによって飛程距離が大
きく変動してしまう。

そのため、真性ベース領域９ａのベース幅のバラツキが
大きくなって、トランジスタの特性のバラツキが大きく
なるおそれがある。

これに対し、上記実施例においては、飛程距離のバラツ
キを小さくすることができる高いエネルギで真性ベース
領域形成のためのイオン打込みを行なえるので、特性の
バラツキも小さくさせることができる。

しかも、上記実施例では真性ベース領域９ａと外部ベー
ス領域９ｂの形成のためのイオン打込みを別々に行なっ
ているので、真性ベース領域９ａに比べて外部ベース領
域９ｂの不純物濃度を高くするような制御を行なうこと
ができる。そのため、外部ベース領域９ｂの濃度を濃く
することによりベース抵抗をさらに下げてやることがで
きる。

なお、上記実施例では、エミッタ領域となる拡散層１０
の上に予め形成されたポリシリコン電極７ａとその上の
ホトレジスト８とにマスクにして外部ベース領域形成の
ためのイオン打込みを行なうようにしているが、ポリシ
リコン電極７ａを設けずにホトレジストのみをマスクに
して外部ベース領域形成のためのイオン打込みを行なう
ようにしてもよい。

また、上記実施例では、ベース領域９ａ、９ｂの形成後
にポリシリコン電極７ａにＮ型不純物の打込みを行なっ
てから熱処理を施してエミッタ領域１０を形成している
が、外部ベース領域形成のだめのボロンイオンの打込み
前に予めポリシリコン電極７ａに対してＮ型不純物のイ
オン打込みを行なっておいて、ボロンの熱拡散処理と同
時にポリシリコン電極７ａからＮ型不純物を拡散させて
エミッタ用拡散層１０を形成するようにしてもよい。

さらに、上記実施例では、エミッタ領域のポリシリコン
電極７ａと同時にコレクタ引出し口６の上にもポリシリ
コン電極７ｂを形成しているが、ポリシリコン電極７ｂ
は設けないようにすることもできる。ただし、ポリシリ
コン電極７ｂを設けるようにすると、酸化膜５ａに形成
するエミッタ電極とコレクタ電極の各コンタクトホール
の形成を同一のマスクで行なうことができる。そのため
、マスクの合わせ余裕を考慮しないで済むようになるの
で、エミッタとコレクタ引出し口を近接させることがで
き、その分トランジスタのサイズを小さくすることがで
きるという利点がある。

［効果］ バイポーラ集積回路のプロセスにおいて、酸化膜を介し
て活性領域に打ち込まれるイオンの種類によって飛程距
離が異なることを利用して、外部ベース領域には真性ベ
ース領域よりも飛程距離の長いイオンを打ち込み、真性
ベース領域には外部ベース領域よりも飛程距離の短いイ
オンを打ち込んでから同時に熱拡散させるようにしたの
で、真性ベース領域の厚みが外部ベース領域よりも薄い
構造（いわゆるグラフトベース構造）を有するトランジ
スタを簡単なプロセスによって形成できるという効果が
ある。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば上記実施例では
、ボロンイオンとＢＦ２イオンの飛程距離の違いを利用
して真性ベース領域と外部ベース領域を形成しているが
、上記以外の飛程距離の異なるイオンを用いることもで
きる。

［利用分野］ 以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であるバイポーラ集積回
路におけるバイポーラトランジスタの形成技術について
説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、
ＭＯ３集積回路におけるバイポーラトランジスタの形成
技術などにも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の半導体集積回路におけるバイポーラト
ランジスタの構成例を示す断面図、第２図〜第６図は、
本発明をバイポーラ集積回路に適用した場合の一実施例
を製造工程順に示した半導体基板の要部断面図である。 １・・・・半導体基板、２・・・・Ｎ＋埋込層、４・・
・・Ｎ−型エピタキシャル層、５・・・・フィールド酸
化膜、５ａ・・・・酸化膜、６・・・・コレクタ引出し
口となるＮ＋拡散層、７ａ・・・・ポリシリコン電極、
８・・・・ホトレジスト、９ａ・・・・真性ベース領域
、９ｂ・・・・外部ベース領域、１０・・・・Ｎ型拡散
層（エミッタ領域）、１１・・・・層間絶縁膜（ＰＳＧ
膜）、１３ａ−１３ｃ＝・・アルミ電極。 第　１　図 第゛２図 第　３　図 第　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の主面に該半導体基板と異なる導電型の
   埋込層を形成し、その上にエピタキシャル層を形成して
   から適当な絶縁膜を形成し、この絶縁膜をマスクとして
   選択熱拡散によりバイポーラトランジスタのコレクタ引
   出し口、ベース領域およびエミッタ領域を別々に形成す
   る半導体装置の製造方法において、上記ベース領域とな
   る部分に飛程距離の短いイオンを打ち込んでから、エミ
   ッタ領域となる部分の表面にマスクを形成して、その外
   側に飛程距離の長いイオンを打ち込んで、深い外部ベー
   ス領域に囲まれた浅い真性べ一入領域を形成させるよう
   にしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、上記ベース領域となる部分に飛程距離の短いイオン
   を打ち込んでからエミッタ領域となる部分の表面にポリ
   シリコン電極を形成し、このポリシリコン電極を上記マ
   スクとしてその外側に飛程距離の長いイオンを打ち込ん
   で、深い外部ベース領域に囲まれた浅い真性ベース領域
   を形成させるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体装置の製造方法。