JPS616853A - 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】 産業上の利用分野 本発明は半導体集積回路（以下ＬＳＩという）、特に高
密度で、高周波動作を可能とするコンプリメンタリ−タ
イプのバイポーラＬＳＩの製造方法に関するものである
。

従来例の構成とその問題点 近年、半導体集積回路はます捷す高密度化、高速化する
傾向にあシ、バイポーラＬＳＩにおいても、ディジタル
ＬＳＩを中心に高密度化、高速化の動きが盛んである。

一方、アナログ集積回路においても、ＬＳＩ化が強く要
望されており、高密度化をはかる必要があるが、一般に
高性能なアナログ回路を構成しようとする場合にはｎｐ
ｎ　トランジスタだけでは困難でｎｐｎ　トランジスタ
とｐｎｐトランジスタを組み合わせた回路構成にせねば
ならない。

したがって、占有面積の少ない、高密度でかつ高周波の
ｐ　ｎ　ｐ　’トランジスタをｎｐｎ　トランジスタと
同時に形成する必要がある。このため、従来の横形ｐｎ
ｐトランジスタにかわり縦形ｐｎｐトランジスタが提案
されてきたが、この縦形ｐｎｐトランジスタの代表的な
製造方法を第１図の各工程断面図に従って説明する。

ｐ形Ｓ１基板１にｎ形の埋込領域２、ｐ形の分離領域３
及びｐｎｐトランジスタのコレクタとなるｐ形の埋込領
域４を周知の拡散技術によシ形成し、さらにｎ形エピタ
キシャル層５を例えば０．６０・αの比抵抗で約２μｍ
の厚さに成長させる。

次に酸化法によりエピタキシャル層５０表面に酸化膜６
を形成した後、周知のフォトエツチング法により酸化膜
６を選択的に除去する。この後、酸化膜６をマスクとし
て拡散法により、ｐ形の分離領域７及びｐ膨拡散層８を
同時に形成し、それぞれ先に形成しているｐ形分離領域
３及びｐ形埋込領域４と接続する。次に第１図Ｂに示す
ように、酸化膜６を除去後、新たに酸化膜９を形成する
。

この後、フォトエツチング法により、酸化膜９を選択的
に除去した後、拡散法によりｐ形拡散領域、つま！＞ｐ
ｎｐ　トランジスタのエミッタ１０を形成する。なお、
ここでは図示していないが、この時同時にｎｐｎ　トラ
ンジスタのベースが形成される。

次に第１図Ｃに示すように、エミッタ１０上に酸化膜１
１を形成した後、フォトエツチング法により、酸化膜９
を選択的に除去する。この後、拡散法によりｎ形拡散領
域つまりｐｎｐ　トランジスタのベースコンタクト１２
を形成する。なお、この時同時にｎｐｎ　トランジスタ
のエミッタが形成される。次に第１図りに示すように、
ＣＶＤ酸化膜１３を堆積した後、フォトエツチング法に
より、ＣＶＤ酸化膜１３及び酸化膜９，１１を選択的に
除去してコレクタ、ベース、エミッタのコンタクト窓を
開孔し、それぞれの電極１４，１５．１６を形成してｐ
ｎｐトランジスタは完成する。

このトランジスタの長所は、ｎｐｎトランジスタと同一
の工程でｐｎｐトランジスタが形成でき、プロセスが簡
単であるという点にある。しかしながら、この方法では
、コンタクト窓形成時にマスク合せ余裕が必要であり、
横方向の微細化、高密度化の妨げとなる。また、エミッ
タ１ｏを形成後、その表面が酸化されるため、エミッタ
抵抗が太きくなり、また電流増幅率βの゛制御性も悪く
なる。

さらに、ベースがエピタキシャル層で形成されているた
め、１×１０１６７７　　前後の不純物濃度でかなり低
濃度であることより、ベース幅が小さいと電流増幅率が
極端に大きくなり、パンチスルー電圧が下がり、コレク
タ、エミッタ間耐圧が低くなる。したがって、たとえば
パンチスルー電圧が１０ｖ以上必要であると仮定した場
合、ベース幅は１．２μｍ以上必要となり、その結果エ
ピタキシャル層を厚くし々ければならないことになり、
縦方向の微細化を妨げ、高周波化の妨げとなる。

上記の従来例の欠点を改善するために提案された第２の
従来例について、第２図の各工程断面図に従って説明す
る。第２図において、第１図と同一番号の構成要素は、
第１図の構成要素と同じである。

第２図Ａに示すように、ｐ形の基板１にｎ形の埋込領域
２，３０およびｐ形埋込領域２７．２Ｂ。

２９．４を周知の拡散技術により形成し、さらにｎ形エ
ピタキシャル層６を例えば０．６０・ｍの比抵抗で２μ
ｍの厚さに成長させる。

次に同図Ｂのように、所定の位置に分離酸化膜２４゜２
５．２６をスパッタエッチ法による基板エッチおよび高
圧酸化法での選択酸化等の方法により基板に達する深さ
捷で形成する。その後、ｎｐｎ　トランジスタのコレク
タウオール４０を周知のフォトエツチング法により選択
的に形成した窒化膜４１をマスクとして熱拡散法により
形成する。次に同図Ｃのように窒化膜４１を除去した後
、再びフォトエツチング法により選択的に形成した厚さ
５Ｑｎｍの窒化膜４２，４３．４４をマスクとしてＢＳ
Ｇを用いて、ｎｐｎトランジスタのグラフトベース３２
．４５およびｐｎｐ’トランジスタのコレクタコンタク
ト領域３９を形成し、その後ＢＳＧは除去する。つづい
て、同図りに示すように、窒化膜のうち、４２および４
４の一部の４６．４７をフォトエツチング法により選択
的に残して、全面熱酸化を行い、表面の酸化膜３５を３
００ｎｍ形成する。その後、窒化膜４７の上をレジスト
４８で覆い、窒化膜４２．４６を通して、ボロンを１×
１０１４原子／ｄイオン注入しｎｐｎ　トランジスタの
活性ベース３３ならびにｐｎｐ　トランジスタのエミッ
タ２２を形成スル。

次に同図Ｅに示すようにレジスト４８を除去し再度レジ
スト４９をｐｎｐ　トランジスタの全面を覆うように形
成し、窒化膜４２を通して、ヒ素を７×１０　原子にイ
オン注入しｎｐｎ　トランジスタのエミッタ３４を形成
する。

つづいて、同図Ｆに示すように、レジスト４９を除去し
た後、レジス）５０をｎｐｎ　トランジスタを覆うよう
に形成し、窒化膜４６．４７を通してリンを１×１ｏ１
３原子声イオン注入し、ドライブインを行ってｐｎｐ　
トランジスタのベース領域２１およびベースコンタクト
２３を形成する。その後、図示はしていないが、レジス
ト５０を除去し、窒化膜４２，４６．４７を除去し、さ
らにフォトマスクを用いてｐｎｐ　トランジスタのコレ
クタコンタクトホール、ｎｐｎトランジスタのベースコ
ンタクトホールとコレクタコンタクトホールを開孔し、
それぞれの電極を第３図に示すように形成して装置を完
成する。

この方法によれば、ｎｐｎトランジスタのエミッタコン
タクト、ｐｎｐトランジスタのベースコンタクトおよび
エミッタコンタクトがセルファライン方式であることに
よって高密度化が達成されるという長所がある。また、
ｐｎｐ　トランジスタのエミッタ形成後にその表面が酸
化されることがないのでエミッタ抵抗も小さく抑えるこ
とができ、電流増幅率βの制御性も良い。しかしながら
、この方法では、ｎｐｎトランジスタの活性ベースの形
成と同時にｐｎｐ　トランジスタのエミッタを形成して
いるため、ｐｎｐトランジスタのエミッタ濃度を十分高
くすることができず、エミッタ注入効率を高くすること
ができないため、高い電流増幅率を得ることが困難であ
る。捷た、ｐｎｐ　トランジスタのベース濃度も、上記
のエミッタ濃度に制限され、あ捷り高くすることができ
ないため、パンチスルー電圧も第１の従来例に比べれば
改善されるものの、高い電流増幅率で、しかも高いパン
チスルー電圧を得ることが困難である。また、ベース濃
度が低いため、ベース抵抗が高くなり、高周波化の妨げ
となる。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので
、従来のエミッタコンタクト等のセルファライン方式の
特徴を残したまま、新たにイオン注入工程を加えること
により、ｐｎｐ　トランジスタのエミッタを高濃度にし
て、高い電流増幅率を有し、しかもパンチスルー電圧が
高く、コレクタ。

エミッタ間耐圧の高いｐｎｐ　トランジスタを有する高
密度で、高周波動作の可能なコンプリメンタリ−タイプ
のバイポーラＬＳＩの製造方法を提供することを目的と
する。

発明の構成 本発明は、ｎｐｎトランジスタのエミッタコンタクト、
コレクタコンタクト及びｐｎｐ　トランジスタのエミッ
タコンタクト、ベースコンタクトとなる領域上に耐酸化
性被膜を同時に形成し、この耐酸化性被膜をマスクにし
て選択酸化を行なった後、マスク合せ余裕を考慮するこ
となく形成できるマスク層を用いて、ｐｎｐトランジス
タのエミッタとなる領域上の耐酸化性被膜のみを通して
、一方導電型の高濃度不純物イオンをイオン注入するこ
とにより、ｎｐｎトランジスタの聡頗称に制約されない
高濃度エミッタを形成して、高密度で、高周波動作可能
な前記バイポーラＬＳＩを製造可能とするものである。

実施例の説明 第３図に本発明の一実施例における各工程断面図を示す
。以下第２図により説明する。

第２図Ａに示すように、ｐ形シリコン基板１にｎ形埋込
領域２．およびｐ形埋込領域４を周知の拡散技術により
形成し、さらにｎ形エヒリキシャル層６を例えば０．６
Ω・口の比抵抗で２１１ｍの厚さに成長させる。

次に同図Ｂに示すように、所定の位置に分離酸化膜２４
，２５．２６をたとえばスパッタエッチ法による基板エ
ッチおよび高圧酸化法での選択酸化。

等の方法によりｐ形シリコン基板１に達する深さまで形
成する。この時、基板エッチ後にたとえばイオン注入等
により、ｐ形チャネルストッパー領域２７，２８．２９
を形成しておく。その後、ｐｎｐトランジスタのコレク
タコンタクト領域６゜を周知のフォトエツチング法によ
り選択的に形成した厚さ約５０８の窒化膜６１．６２を
マスクとしてたとえばボロンを含んだＣＶＤＳｉ○２膜
６３（以下ＢＳＧ膜という）より熱拡散により形成する
。次に同図Ｃに示すように、ＢＳＧ膜６３を除去し、窒
化膜６１．６２をマスクにして選択酸化を行ない、数１
０ｎｍの酸化膜６４を形成した後、レジスト６５をマス
クとして、たとえばリンを加速エネルギー１３０　Ｋｅ
Ｖ　、ドーズ量５×１０１３原子／ｄでイオン注入し、
ドライブインを行なってｐｎｐトランジスタのベース領
域６６、及びｎｐｎトランジスタのコレクタコンタクト
領域６アを形成する。次に同図りに示すようにレジスト
６５を除去した後、再びフォトエツチング法により窒化
膜６１゜６２の一部の６８．６９．７０を選択的に残す
。

この時、酸化膜６４を同時に除去する。その後、窒化膜
６８，６９．７０をマスクとしてＢＳＧ膜ア１を堆積し
、熱拡散によシボロンを拡散してｎｐｎ　トランジスタ
のグラフトベルスフ２を形成する。この時、同時にｐｎ
ｐトランジスタのコレクタコンタクト領域６０にもボロ
ンが拡散される。

次に同図Ｅに示すように、ＢＳＧ膜７１を除去後、窒化
膜のうち、６９及び６８の一部の７３及び７０ノ一部の
７４．７５をフォトエツチング法により選択的に残して
、全面酸化を行ない、表面の酸化膜７６を約３００　ｎ
ｍ程度形成する。その後、窒化膜６９，７３．７４の上
をレジスト了７で覆い、窒化膜７６を通して、ボロンを
加速エネルギー和ＫｅＶ　、　　ドーズ量５Ｘ１０”原
子／−でイオン注入し、ｐｎｐ　トランジスタのエミッ
タ７８を形成する。

この時、レジスト７７の形成におけるマスク合せ余裕は
厳しくなくてよい。このようにｐｎｐ　トランジスタの
エミッタをｎｐｎトランジスタのグラフトベースあるい
は活性ベースの形成と切り離して形成するようにしたこ
とにより、ｐｎｐ　トランジスタのエミッタ濃度を高く
することが可能となり、それに共ないｐｎｐトランジス
タのベース濃度を従来のものより高くすることが可能と
なり、高い電流増幅率を有し、しかもパンチスルー電圧
の高いｐｎｐ　トランジスタを形成することができる。

次に同図Ｆに示すように、レジスト７７を除去後、再度
レジスト７９をｐ　ｎ　ｐ　Ｉ−ランジスタの全面及び
窒化膜７３の上を覆うように形“成し、窒化膜６９を通
して、ボロンを加速エネルギー４゜ＫｅＶ、　　ドーズ
量１×１０　原子／〜でイオス注入し、１０００℃３ｏ
分程度のドライブインを行ないｎｐｎトランジスタの活
性ベース８０を形成する。４次に同図Ｇに示すように、
レジスト７９を除去後、再度レジスト８１を窒化膜７５
の上を覆うように形成し、窒化膜６９，７３．７４を通
して、ヒ素を加速エネルギー１３０ＫｅＶ、　）”−ス
量７　Ｘ　１０１５原子／ｃｔｄでイオン注入し、１０
００″０２０分程度のドライブインを行ないｎｐｎ　ト
ランジスタのエミッタ８２及びｐｎｐ）ランンスタのベ
ースコンタクト領域８３を形成する。また、ｎｐｎトラ
ンジスタのコレクタコンタクト領域６７内にもヒ素が注
入される。なお、この場合、ｎｐｎトランジスタのコレ
クタコンタクト及びｐｎｐ　トランジスタのベースコン
タクトがオーミックとなるように、ｐｎｐトランジスタ
のベース６６形成時のリンのドーズ量を十分大きくして
おけば、再度レジスト８１を形成する必要がなくなり、
レジスト７９をマスクとして、ボロンのイオン注入、に
引き続いてヒ素のイオン注入を行なうことも可能である
。もちろん、この場合ｐｎｐ　トランジスタの電流増幅
率を所定の値にするために、ｐｎｐトランジスタのエミ
ッタ執８形成時のボロンのドーズ量も大きくする必要が
ある。次に同図Ｈに示すように、レジスト８１を除去後
、窒化膜６９，７３，７４．７５を除去し、さらにフォ
トマスクを用いてＩ）ｎＰ　）ランジスクのコレクタコ
ンタクトホール、ｎｐｎトランジスタのベースコンタク
トホールを開孔し、□それぞれの電極８４，８５，８６
，８７，８８．８９を形成して、この装置は完成する。

以上のように本実施例によれば、マスク合せ余裕を考慮
することなくレジスト了７を形成した後、窒化膜７５の
みを通してボロンのイオン注入を行ない、ｎｐｎ　トラ
ンジスタの形成とは独立にｐｎｐトランジスタのエミッ
タ７８を形成することにより、ｐｎｐトランジスタのエ
ミッタ７８を高濃度にすることができ、それによってベ
ース６６も高濃度にすることができるため、高い電流増
幅率を有し、しかも高い電流増幅率を得るためにベース
幅を小さくしても十分高いバンチスルー電圧が得られる
。さらにベース６６を高濃度にすることができるため、
ベース抵抗を小さくすることができる。また、ｐｎｐト
ランジスタのベースコンタクト及びエミッタコンタクト
等をセルファライン化し、高密度化するという従来の特
徴はそのまま保たれている。このように従来の特徴を保
ちつつ、ｐｎｐトランジスタのエミッタ７８を高濃度で
形成できるようにして、高密度で高周波動作可能なｎｐ
ｎ及びｐｎｐ　トランジスタを一体化したバイポーラＬ
ＳＩを得ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は、マスク合せ余裕を考慮すること
なく形成できるマスク層を用いて、ｐｎｐトランジスタ
のエミッタとなる領域上の耐酸化性被膜のみを通して、
一方導電型の高濃度不純物イオンをイオン注入すること
により、ｎｐｎ　トランジスタの形成条件に制約されな
い高濃度エミッタを形成できるようにし、それによって
１）ｎｌ）　トランジスタのベースも高濃度にすること
ができ、ベース抵抗がｌ」＼さく、また高い電流増幅率
を有し、しかもそのためにベース幅を小さくしても十分
高いパイチスルー電圧が得られ、その結果、エミッタ・
ベースを浅く形成できるために高周波動作が可能な縦形
ｐｎｐ　トランジスタ形成が可能となり、ｎｐｎ、ｐｎ
ｐトランジスタを一体化した高周波バイポーラＬＳＩを
実現できる。

さらに本発明では、ｐｎｐトランジスタのベース、エミ
ッタをイオン注入で形成しており、しかも、エミッタ形
成後その表面が酸化されることがないため、電流増幅率
の制御性が良く、バラツキの小ない高精度のｐｎｌ）ト
ランジスタが実現できるという効果がある。

壕だ本発明ではｎｐｎトランジスタのコレクタコンタク
ト及びエミッタコンタクト＋　ｐｎｐトランジスタのベ
ースコンタクト及びエミッタコンタクトがセルファライ
ン方式であることによって高密度のバイポーラＬ’ＳＩ
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｄは集積回路のための縦形ｐｎｐトランジス
タの第１の従来例を示す製造工程断面図、第２図Ａ−Ｆ
はｎｐｎ及びｐｎｐ　トランジスタを一体化した第２の
従来例を示す製造工程断面図、第３図Ａ−Ｈは本発明の
半導体装置の実施例の製造工程断面図である。 ４　・・・ｐ形埋込領域、６０−−・ｐｎｐ　トランジ
スタのコレクタ、６６・−・　ｐｎｐ　トランジスタの
ベース、６９，７３，７４．７５　　　窒化膜、７７・
・・　レジスト、７８　・・・ｐｎｐ　トランジスタの
エミ　ッ　タ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第２図 第３図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方導電型の半導体基板上に、他方導電型の埋込
   領域、一方導電型の埋込領域、他方導電型のエピタキシ
   ャル層を形成する工程、前記エピタキシャル層の所定位
   置にｐｎｐトランジスタのベースとなる他方導電型の不
   純物領域を形成する工程前記エピタキシャル層のうち少
   なくともｎｐｎトランジスタのエミッタコンタクト及び
   ｐｎｐトランジスタのエミッタコンタクトとなる領域上
   に選択的に耐酸化性被膜を形成する工程、前記耐酸化性
   被膜をマスクとして選択酸化を行ない酸化膜を形成する
   工程、第１のマスク層を用いてｐｎｐトランジスタのエ
   ミッタコンタクトとなる領域上の前記耐酸化性被膜を通
   して一方導電型の不純物を選択的にイオン注入し、高濃
   度エミッタ領域を形成する工程、第２のマスク層を用い
   てｎｐｎトランジスタのエミッタコンタクトとなる領域
   上の前記耐酸化性被膜を通して、他方導電型及び一方導
   電型の不純物を選択的にイオン注入し、ｎｐｎトランジ
   スタの活性ベース及びエミッタを形成する工程とを少な
   くとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）ｐｎｐトランジスタのエミッタ濃度がｎｐｎトラ
   ンジスタの活性ベースの濃度に比べて高いことを特徴と
   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
   。