JPS61218169A - 半導体装置とその製造法 - Google Patents

半導体装置とその製造法

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JPS61218169A
JPS61218169A JP60058334A JP5833485A JPS61218169A JP S61218169 A JPS61218169 A JP S61218169A JP 60058334 A JP60058334 A JP 60058334A JP 5833485 A JP5833485 A JP 5833485A JP S61218169 A JPS61218169 A JP S61218169A
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JP
Japan
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base
emitter
film
poly
mask
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Pending
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JP60058334A
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English (en)
Inventor
Norio Anzai
安済 範夫
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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〕 本発明はセルファライン(自己整合技術)&Cよるグラ
フトベースを有する半導体装置に関し、主としてグラフ
トベースIILの製造技術に関する。
〔背景技術〕
高速バイポーラトランジスタの性能は、遮断周波数(f
↑)とベース抵抗(rbbりであられされる。高いfr
を得るKは接合を浅く形成すること、及びトランジスタ
を微細化して寄生容量を低減することが効果的であるが
、それに伴ってrbb’は増大する傾向にあり、標準ト
ランジスタをたんに小さくしただけでは十分な性能が得
られない。そこで多結晶シリコンを用いてベースとエミ
ッタ?セルファライン的に形成し、ベース幅のせまい低
濃度の真性ベースと深くて1W6ta度のクラフトベー
スな有するグラフトベース形トランジスタが提案されて
おり、そのための種々な製造プロセスが報告されている
。(株)サイエンスフォーラム社昭和58年11月18
日発行[超LSIデバイスノ・ンドプックJP68−7
ま たとえば選択酸化法として従来から知られているグラフ
トベース形成法によれば、第12図乃至第15図忙示す
ように、(lln−型Si基板1の表面に真性ベースの
ための浅い低11度p−型層2を形成した後、(2)シ
リコン・ナイトライド(S jsN+ )IX4をマス
クにしてB(ポロン)を拡散することKよりグラフトベ
ースとなる深い高濃度p 型層5を形成しく第12図)
、(31酸化することにより、8i、N、膜4の形成さ
れないSt基体表面部分を厚い酸化111.6となしく
第13図)、(41SiN、膜4をとりのぞき、上記の
厚い酸化膜6をマスクにエミッタ拡散してn 型層7を
形成しく第14図)、(5)このあと、全面にポリSi
をデポジットし、ホトレジストを用いてバターニングし
、ポリSiエミッタ電極8を得る(第15図)。
ポリSiを電極に使うのはAI(アルミニウム)電極な
直接KSi基体に接続するとAJがSiKi散して浅い
エミッタ接合を破壊するおそれがあり、これをポリSi
により防止すること忙よる。
この方法によれば、ポリSi電極はセルファラインによ
らないため、パターニングで大きな面積がとられ、Si
表面でグラフトベースp 層とエミッタn+型!侮とが
接近し、エミッタ・ベース耐圧が小さくなる問題がある
従来から知られている他のグラフトベース形成法にポリ
Siスタック利用法がある。この方法は第16図乃至第
18図に示すよ5 K、 (IIS i基板1表面に真
性ベースp−型層2形成後、酸化膜3の窓孔な通してエ
ミッタ拡散することにより、浅いn+型層7を形成しく
第16図)、(2)n+型層7にオーミック接続するポ
リ8iエミツタ電極8を形成する(第17図)、(3)
ポリSi電極8をマスクKB(ボロン)をSi内内環導
入ることkよりグラフトベースp 型層5を形成する(
第18図)。
この方法においても、ポリSi電極はセル7アラインに
よらないことにより、クラフトベース・エミッタ間の耐
圧を小さくシナいためにマスク合わせ余裕が必要で、こ
のことによりエミッタ電極が真性ベースp−型層2にオ
ーバラップすることによって寄生容量が増大する問題が
ある。
〔発明の目的〕
本発明は上記した問題を克服するためKなされたもので
ある。したがって本発明の一つの目的はエミッタとグラ
フトベースとをセルファラインにより形成し、高性能の
半導体装置を得ることKある。
本発明の他の一つの目的はグラフトベースとエミッタの
重なりがよく耐圧の高いIILなどの半導体装置を提供
することにある。
〔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
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、Si半導体基体の表面に真性ベースとなる低
濃度のpm層を形成し、この上にマスク材を形成し、こ
のマスク材の一部をエッチしてベース及びエミッタとな
る部分を窓開し、このマスク材による窓開部の段差を利
用して上記窓開部内にポリSi膜を形成した後、上記マ
スク材を取除いて、こんどは上記ポリSi膜をマスクと
して上記Si基体表面に不純物を導入してグラフトベー
スとなる高濃度のp型拡散層を形成するものでありてこ
の方法忙よればエミッタとクラフトベースがセルファラ
イン的に形成されるため微細化が可能となり、高性能化
できるとともにエミッタベース耐圧が高められ、前記目
的を達成できる。
〔実施例1〕 第1図乃至第9図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、セルファラインによるグラフトベース付きバイポー
ラnpn )ランジスタの製造プロセスの工程断面図(
一部は工程平面図)である。
以下、各工程にそって詳細に説明する。
(1)第1図に示すように、p−型Si結晶基板(ウェ
ハ)11の表面に部分的Kn+型埋込層12を埋め込ん
でn−型ドープSi層13をエピタキシャル成長させ、
このn−型Si層13を表面より選択的に酸化させるこ
とにより、アイソレージ欝ン用の厚い酸化[14,15
を形成する。
なお、上記アイソレージ1ン用の厚い酸化J[14゜1
5はSi窒化物(S iaN+ ) j[等をマスクと
するLOCO8(低温酸化法)によるか、のぞましくは
イオンビームにより基板表面にあけた細長溝(U形溝)
内に酸化膜を形成するUアイソレーア1ン法により形成
するものである。
このあと、上記厚い酸化膜14.15及びp−型層17
やn+型層表面16に生成された薄い酸酸化膜18を含
む全面に100OA程度の薄い窒化膜(5iaN4) 
19を介して高温(700℃)低圧で気相よりデポジッ
トした5i02膜(以下HLD膜とよぶ)20を500
0λ程度に形成し、さらKその上に薄い窒化物(5fs
N+)[21を重ねて形成する。
(21ホトレジストによるマスクを使用して、上層の5
isN、膜をCHF、ガス等によるドライエッチし、次
いでHLD膜2膜管0F系エッチ液によりウェットエッ
チし、さらに下層のSi、N、膜19をドライエッチし
て第2図(平面図)、第3図(断面図)K示すよ5に窓
孔22 a@  22 b、  22 cをあける。こ
れら窓孔のうち、22aはベースをとり出すべき枠状部
分であり、22bはエミッタをとり出すべき部分、モし
て22cはコレクタをとり出すべき部分である。このよ
5な窓孔があけられたS 1sN4− HL D  S
 1sN4膜のうち、窓孔2bをとりまく枠状部分を内
枠23.窓孔2a。
2Cの外側の部分を外枠24とする。
(31全面にポリSiを気相からデポジットして上記窓
孔21a、21b・・・及び内枠23と外枠24を埋め
こむようにポリ8i膜25を厚く形成し、次いで一部(
窓孔の広い部分)にホトレジストによるマスク26を形
成した状態でポリSiの平坦化エッチを行うことにより
、内枠23及び外枠24の段差によって第4図に示すよ
うにポリSi膜25が選択的に残存する。
(4)次いで第5図に示すように1ベ一ス部分を覆うよ
うに新た忙ホトレジスト等によるマスク27を形成した
状態で高濃度のAs(ヒ累)イオン打込みを行い、エミ
ッタ部及び;レクタ部上のポリSi膜25iC(n+型
)不純物を選択的に導入する。
(5)  上記ホトレジストマスク27を取除き、第6
図に示すようにポリSi膜25をマスクにして内枠及び
外枠の上MSi3N4膜21及びHLD膜2膜管0除い
た状態でB(ボロン)イオン打込みを行う。
(6)  このあと、不純物の引伸し拡散を行うことに
より、第7図に示すよう罠、Asの打込まれたポリSi
膜25 b、  25 c下においては、Si/1ii
Kエミツタとなるn 型/11128.  コレクタ・
コンタクトとなるn 型r#29が形成され、Bの打込
まれた領域のうち、Si、N、膜のみからなる内枠直下
においてはグラフトベースとなるp+型/930が深く
形成される。なお、他のベース部のポリ81層25aK
打込まれたBもその直下のSi層に拡散し、初めのp−
型N117よりは深く(内枠直下のクラフトベースp 
型層30よりは浅く)ベースp型層31が形成される。
(7)PSG(リンシリフートカラス)等の無機絶縁膜
32又はポリイミド系樹脂のごとき有機絶縁膜を全面に
形成し、この絶縁膜32に対しスルーホールエッチを行
って透孔33をあけ、さいごKi(アルミニウム)を蒸
着(又はスパッタ)し、Aノのバターニングエッチを行
うこと忙より、第9図に示すよ5に、各領域にポリSi
膜(スタック)25a、25b・・・を介して接続する
AI電極34a、34b・・・を有する半導体装置を完
成する。
同図において、BはベースAJ電極、EはエミッタAI
!電極、CはコレクタAJ電極である。
上記のようなプロセスを径て製造されたバイポーラトラ
ンジスタは、エミッタn 型1に対してセルファライン
されたグラフトベースp 型層を有し、エミッタ、ベー
ス、コレクタより1層のポリSiスタックにより引出さ
れ、フィールド部の酸化膜上でAノミ極(配線)と接続
する構造であることを特徴とする。
〔発明の効果〕
上記実施例1で述べた本発明によれば下記のように効果
が得られる。
(1)ポリSi膜(スタック)は最初に形成したHLD
膜等による内枠及び外枠の段差を利用することKより、
セルファライン的に形成することができる。なお、この
段差が特に大きい場合、平坦化エッチの際のマスクは不
要となる。
(21上記(1)より、すべてのポリSi(スタック)
電極がセルファライン技術により形成され、高密度化(
1−%−1,5μmエミッタが可能)となり、高集積化
したバイポーラトランジスタを提供できる。
(3)ポリSi膜から直接にエミッタを形成し、このポ
リ3i膜をマスクとすることKより、グラフトベースは
エミッタに対しセルファライン的く形成することができ
、高速化が可能となる。
(4)  ベース引出し部でAIとSiとの接続部がフ
ィールド上にあり、エミッタ面積SEに対するベース面
積SBの比S E/S Bを大きくとることができ、高
速化に有利であ名、 (5)上記(11−(41よりバイポーラメモリ等のn
pnトランジスタのfTを大幅に向上できる、(6)最
初にポリSiにより電極をつ(す、その後は微細なマス
ク工程なして選択拡散ができ、プロセスを簡易化でき、
コスト低減が可能である。
〔実施例2〕 第10図及び第11図は本発明の他の一実施例を示すも
のであって、第10図はセルファライン的に形成された
グラフトベースを有するIIL(注入集積論理)半導体
装置の完成時の平面図である。第11図は第10図にお
けるA−A視断面図である。
同図において前掲実施例の第8図、第9図で示したグラ
フトベース付バイポーラnpn)ランジスタと共通する
構成部分く対しては同一の指示番号記号が与えられてい
る。
たとえばp−型Si基板11.n+型埋込112、アイ
ソレージ1ン用酸化膜14.15は共通の構成部分であ
る。
35はIILKおけるインジェクタとなるp+型層で酸
化膜14及びHL D膜19をマスクとして、ポリSi
膜25dよりのB拡散により形成される、 36はIILKおける逆方向npnトランジスタの真性
ベースとなるp−型層でインジェクタp+型層35から
離隔されて形成されるc37は逆方向npnトランジス
タのコレクタ(複数)となるn”m層で、第9図のnp
n)ランジスタのエミッタ28に相当し、ポリSi膜2
5bからのAS拡散により形成される。
38は逆方向npnトランジスタのグラフトベースとな
るp+盤層であって、ポリSi膜25bをマスクとする
B拡散によりコレクタn 型層37に対しセルファライ
ンで形成される。
39はエミッタ取出し部(第9図のバイポーラnpn)
ランジスタのコレクタ取出し部に相当する)n+型層で
ある。25a 525dはポリ5iBIXからなるスタ
ッドで、各領域にコンタクトし、その直下のSi領域へ
の不純物拡散源となっている。34a〜34dはA!電
極でポリSi膜スタッドを介して各領域に接続される。
この実施例2で示されるIILは実施例1で示した半導
体装置の製造プロセスに準じたプロセスにより製造され
るものである。
以上実施例2で説明した本発明によれば実施例1の効果
で述べたのと同様の理由で、IILの高集積化が実現で
きる。
なお、IILの場合は、ベース引き出しコンタクトがフ
ィールド酸化膜上にあることにより、コレクタ面積SC
対ベース面積SBの比S C/ S BをIK近づける
ことができ、逆方向npnトランジスタの増幅特性βi
を大とし、高速化が可能である。
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VC限定され
るものではな(、その要旨を逸脱しない範囲で朔々変更
可能であることはいうまでもない。
〔利用分野〕
本発明はIIL、バイポーラメモリ、たとえばECL、
高周波トランジスタに応用して極めて有効↑ある。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第9図は本発明の一実施例であるバイポーラ
トランジスタ製造プロセスの工程図を示し、このうち第
1図は断面図、第2図は平面図、第3図は1g2図のA
−A視断面、第4図乃至第7図は断面図、第8図は平面
図、第9図は第8図のA−A視断面図である、 第10図及び第】】図は本発明の他の実施例であるII
LO要部を示し、第10図は平面図、第11図は第4θ
図のA−A視断面図である。 第12図乃至第15図は選択酸化法によるグラフトベー
ス形成プロセスを示す工程断面図である、第16図乃至
tlS18図はポリSiスタック利用によるグラフトベ
ース形成プロセスを示す工程断面図である。 11・・・p−型8i基板、12・・・n+型埋込層、
13=−n −7RLS i層、14.15・・・酸化
膜、16・・・コレクタn 型層、17・・・真性ベー
スp−型層、18・・・酸化膜、19・・・窒化膜、2
0・・・HLD膜、21−’m化膜、22a、22b、
22c・・・窓孔、23−・・内枠、24 ・・・外枠
、25 a、  25 b、 25C・・・ポリSi膜
(スタッド)、26・・・マスク、27・・・マスク、
28・・・エミッタf1mm、29・・・コレクタn 
型層、30.31・・・グラフトベースp+型層、32
・・・PSG膜、33・・・スルーホール、34・・・
AJt極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基体表面に他領域から電気的に分離された島
    領域内にバイポーラトランジスタを構成するベースおよ
    びコレクタを有し、上記ベースはその表面の一部に形成
    されたエミッタに対し自己整合的に形成されたグラフト
    ベースを有するとともに上記コレクタ、ベースおよびエ
    ミッタには一層の多結晶半導体からなる電極が接続され
    ていることを特徴とする半導体装置。 2、上記ベースに接続される多結晶半導体からなる電極
    は枠状のパターンとして形成されている特許請求の範囲
    第1項に記載の半導体装置。 3、半導体基体の表面に真性ベースとなる低濃度不純物
    ドープ層を形成し、この上にマスク材を形成し、このマ
    スク材の一部をエッチしてベース及びエミッタとなる部
    分を窓開し、このマスク材による窓開部の段差を利用し
    て上記窓開部内に多結晶半導体膜を選択的に形成した後
    、上記マスク材を取除いて上記多結晶半導体膜をマスク
    として上記基体表面に不純物を導入して自己整合的にグ
    ラフトベースとなる高濃度不純物拡散層を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造法。 4、上記半導体基体の表面はn型シリコンよりなり、上
    記真性ベース及びグラフトベースはp型シリコンよりな
    るとともに上記エミッタはn型シリコン層よりなる特許
    請求の範囲第3項に記載の半導体装置の製造法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0677241A (ja) * 1992-09-17 1994-03-18 Sony Corp バイポーラトランジスタ
US5422289A (en) * 1992-04-27 1995-06-06 National Semiconductor Corporation Method of manufacturing a fully planarized MOSFET and resulting structure
JP2001217317A (ja) * 2000-02-07 2001-08-10 Sony Corp 半導体装置およびその製造方法

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