JPS639667B2 - - Google Patents

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JPS639667B2
JPS639667B2 JP55085837A JP8583780A JPS639667B2 JP S639667 B2 JPS639667 B2 JP S639667B2 JP 55085837 A JP55085837 A JP 55085837A JP 8583780 A JP8583780 A JP 8583780A JP S639667 B2 JPS639667 B2 JP S639667B2
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JP
Japan
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type
bipolar transistor
region
pnp
npn
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JP55085837A
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English (en)
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JPS5712546A (en
Inventor
Yoshinobu Monma
Tadashi Kirisako
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/082Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only
    • H01L27/0823Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only including vertical bipolar transistors only
    • H01L27/0826Combination of vertical complementary transistors

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、PNPバイポーラトランジスタおよ
びNPNバイポーラトランジスタを含んでなる集
積回路ICに用いられる半導体装置に関するもの
であり、より詳細に述べるならば、相補型
(Complementary)バイポーラトランジスタ構造
の半導体装置の製造方法に関するものである。
従来の相補型バイポーラトランジスタ構造の半
導体装置は、例えば、第1図に示すように縦型の
NPNトランジスタおよびPNPトランジスタが完
全に分離されている。なお、第1図はS.C.Su
andJ.D.Meindl,A New Complementary
Bipolar Transistor Structure,Solid State
Technology, April,1973,p.53,Figl(b)の相
補型バイポーラトランジスタのNPNトランジス
タとPNPトランジスタの配置を逆にした断面図
である。このような相補型バイポーラトランジス
タではPNPトランジスタの性能もNPNトランジ
スタと同様に良好なものではあるが、製造工程数
が多く工程管理もめんどうである。さらに、
PNPトランジスタを第2図に示すように簡単な
構造である基板コレクタ型PNPトランジスタ
(ベースにn-エピタキシヤル層を利用)とする相
補型バイポーラトランジスタにおいては、PNP
トランジスタの性能は低く、例えば遮断周波数T
が100メガヘルツ(MHz)程度と低い。このため
使用可能な回路が制限されていた。
集積回路ICでの回路によつては第1図のよう
にPNPとNPNトランジスタを完全に分離しなく
ても所定性能が得られる場合がある(例えば、
Electronics March 6,1975 105頁第9C図)。こ
のような場合には、先に説明した第1図および第
2図の相補型バイポーラトランジスタの中間的性
能を有すれば良い。
このような中間的性能を有する相補型バイポー
ラトランジスタの半導体装置を製造する方法を提
案することが本発明の目的である。
上述の目的が、p型半導体基板およびn型エピ
タキシヤル層にNPNバイポーラトランジスタお
よびPNPバイポーラトランジタを設けてなる相
補型バイポーラトランジスタ構造の半導体装置の
製造方法において、下記工程(イ)〜(ヘ):(イ)n型不純
物を半導体基板内に導入してNPNバイポーラト
ランジスタのn型埋込み層を形成する工程、(ロ)半
導体基板上にn型エピタキシヤル層を形成する工
程、(ハ)p型不純物をエピタキシヤル層内に選択的
に導入してPNPバイポーラトランジスタのコレ
レクタのp型領域およびNPNバイポーラトラン
ジスタのp型分離領域を形成する工程、(ニ)n型不
純物をPNPバイポーラトランジスタのコレクタ
領域内および埋込み層の上方のエピタキシヤル層
内に選択的に導入してPNPバイポーラトランジ
スタのベース領域およびNPNバイポーラトラン
ジスタのコレクタコンタクト領域を形成する工
程、(ホ)p型不純物をPNPバイポーラトランジス
タのベースn型領域内、コレクタp型領域および
埋込み層の上方のエピタキシヤル層内に選択的に
導入してPNPバイポーラトランジスタのエミツ
タ領域、コレクタコンタクト領域およびNPNバ
イポーラトランジスタのベース領域を形成する工
程、および(ヘ)n型不純物をPNPバイポーラトラ
ンジスタのベースn型領域内およびNPNバイポ
ーラトランジスタのベースp型領域内に選択的に
導入してPNPバイポーラトランジスタのベース
コンタクト領域およびNPNバイポーラトランジ
スタのエミツタ領域を形成する工程、を含んでな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法によつ
て達成される。この場合には、PNPバイポーラ
トランジスタのコレクタがn型エピタキシヤル層
にp型不純物を導入したp型領域であり、ベース
がコレクタのp型領域内に形成したn型領域であ
り、およびエミツタがベースのn型領域内に形成
したp型領域であり、そして、NPNバイポーラ
トランジスタは第1図に示した従来構造と同様な
構造であり、このNPNバイポーラトランジスタ
のp型分離領域がPNPバイポーラトランジスタ
のコレクタのp型領域をその一部としている。
前述のn型エピタキシヤル層の厚さが1ないし
4μmであることおよび前述のコレクタのp型領域
およびp型分離領域の不純物濃度が表面濃度で1
×1017ないし1×1018cm-3であることは好ましい。
以下、添付図面に関連した本発明の実施態様に
よつて本発明を詳しく説明する。
第7図が本発明に係る製造方法によつて製作さ
れた相補型バイポーラトランジスタ構造の半導体
装置の概略断面図であり、第3図ないし第6図が
第7図の半導体装置の製造過程を説明する概略断
面図である。
第7図において、p型半導体基板1にn+型埋
込み層2のあるほうがNPNバイポーラトランジ
スタであり、図面上左側にあるのがPNPバイポ
ーラトランジスタである。なお、このNPNトラ
ンジスタの構造は第1図に示した従来例の相補型
バイポーラトランジスタのNPNトランジスタと
同様な構造である。
第7図に示した半導体装置が次のように本発明
の製造方法に従つて製造される。
まず、p型半導体基板1、例えばシリコンウエ
ハ、に公知の熱拡散法又はイオン注入法(熱処理
を含む)によつてn型不純物、例えば燐(P)、
砒素などを半導体基板1に導入してn+型埋込み
層2を形成する。そして、半導体基板1上にn-
型エピタキシヤル層3(シリコン単結晶層)を気
相成長で第3図のように形成する。この気相成長
時にn+型埋込み層の不純物がエピタキシヤル層
3内にも拡散して第3図のように埋込み層2の一
部がエピタキシヤル層3に広がる。そしてエピタ
キシヤル層3の厚さは1ないし4μmが望ましく、
次に行なうp型拡散は分離領域及びPNPトラン
ジスタのコレクタ領域の形成を同時に行なうため
に適正な不純物濃度範囲が要求されることから通
常の高濃度拡散を行なうことができないため、前
記値よりも厚いと分離領域の形成に長時間を要し
てしまう。
次に、エピタキシヤル層3内にp型不純物、例
えば硼素(B)、ガリウム(Ga)などを公知の熱拡
散法又はイオン注入法によつて選択的に導入し
て、第4図に示すようにp型領域4および5を形
成する。これらp型領域4,5はp型半導体基板
1に達しており、また、その不純物濃度は表面濃
度で1×1017ないし1×1018cm-3であることが望
ましい。そして、p型領域4はPNPトランジス
タのコレクタとなり、一方、p型領域5はNPN
トランジスタのp型分離領域(アイソレーシヨン
領域)となる。さらに、p型領域4はNPNトラ
ンジスタのp型分離領域の一部としても働く。上
述の不純物濃度値は従来のアイソレーシヨン拡散
による値(1×1020cm-3以上)よりもかなり低い
値である。なお、エピタキシヤル層3の表面には
シリコン酸化膜が形成されるが図面上は省略して
ある。
n型不純物、例えば燐(P)などを熱拡散法又
はイオン注入法によつて第5図に示すようにp型
領域4内および埋込み層2の上方のエピタキシヤ
ル層3内に導入してn型領域6および7を形成す
る。これらn型領域6,7の不純物濃度は表面濃
度で1×1018ないし1×1019cm-3であつて通常の
場合での値1×1020付近又は以上よりも低い値で
ある。そして、n型領域6はPNPトランジスタ
のベースとなり、一方、n型領域7はNPNトラ
ンジスタのコレクタ・コンタクト領域となる。
次に、p型不純物、例えば硼素などを熱拡散法
又はイオン注入法によつて第6図のようにp型領
域4内、n型領域6内および埋込み層2上方のエ
ピタキシヤル層3内に選択的に導入してp+型領
域8,9および10を形成する。これらp+型領
域の不純物濃度は表面濃度で5×1018ないし5×
1019cm-3であることが望ましく、p型領域8,9
および10はそれぞれPNPトランジスタのエミ
ツタ、PNPトランジスタのベース・コンタクト
領域およびNPNトランジスタのベースとなる。
このときに、拡散抵抗(図示せず)を同時に形成
することもできる。
さらに、n型不純物、例えば燐、砒素などを上
述の場合と同様にして第7図のようにn型領域6
内およびp+型領域10内に選択的に導入してn+
型領域11および12を形成する。これらp+
領域11および12の不純物濃度は表面濃度で1
×1021cm-3程度であり、かつそれぞれの領域は
PNPトランジスタのベース・コンタクト領域お
よびNPNトランジスタのエミツタとなる。最後
に、所定の電極を形成すればPNPトランジスタ
およびNPNトランジスタが完成し、相補型バイ
ポーラトランジスタ構造の半導体装置が製造でき
る。
第7図に示したようにPNPバイポーラトラン
ジスタはコレクタ(p型領域4)、ベース(n型
領域6)およびエミツタ(p型領域8)からな
り、また、NPNバイポーラトランジスタはコレ
クタ(n型エピタキシヤル層3)、ベース(p型
領域10)およびエミツタ(n型領域12)から
なる。
なお、エピタキシヤル層3の表面上には、シリ
コン酸化膜が各工程において形成され、又各トラ
ンジスタのエミツタ、ベース、コレクタの領域に
はそれぞれ電極が配設されるが、図面上は省略し
かつその説明も当業者には自明であるので省略す
る。
本発明に係る製造方法は従来と同様な構造の
NPNバイポーラトランジスタを形成する工程を
利用して同時PNPバイポーラトランジスタを形
成することになつているので、第1図に示した従
来例の場合よりも工程が少なくてすむ。そして、
PNPバイポーラトランジスタのコレクタp型領
域を形成した後に、該コレクタP型領域内にベー
スN型領域を形成するので、コレクタP型領域お
よびベースN型領域の不純物濃度を任意に設定す
ることができて、特に、ベースN型領域の不純物
濃度を通常のN型エピタキシヤル成長層の不純物
濃度である1×1017cm-3程よりも高い値の1×
1018〜1×1019cm-3とすることができて、PNPバ
イポーラトランジスタの高周波特性を従来のN型
エピタキシヤル層をベース領域としたものよりも
向上させることができる。本発明に係る製造方法
によつて製作される相補型バイポーラトランジス
タの半導体装置はNPNトランジスタにおいては
遮断周波数Tを800〜1500(MHz)とすることがで
きるとともに、PNPトランジスタにおいてもT
を300〜600(MHz)とすることができ、従来一般
の基板コレクタ型トランジスタに比較し高周波特
性の大幅な改善がなされる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の相補型バイポーラトランジス
タの概略断面図であり、第2図は、別のPNPバ
イポーラトランジスタ構造を有する従来の相補型
バイポーラトランジスタの部分概略断面図であ
り、第3図ないし第7図は、本発明に係る製造方
法を説明するための相補型バイポーラトランジス
タ構造の半導体装置の概略断面図である。 1……p型半導体基板、2……n型埋込み層、
3……n型エピタキシヤル層、4,5……p型領
域、6,7……n型領域、8,9,10……p型
領域、11,12……n型領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 p型半導体基板およびn型エピタキシヤル層
    にNPNバイポーラトランジスタおよびPNPバイ
    ポーラトランジスタを設けてなる相補型バイポー
    ラトランジスタ構造の半導体装置の製造方法にお
    いて、下記工程(イ)〜(ヘ): (イ) n型不純物を前記半導体基板内に導入して前
    記NPNバイポーラトランジスタのn型埋込み
    層2を形成する工程、 (ロ) 前記半導体基板1上に前記n型エピタキシヤ
    ル層3を形成する工程、 (ハ) p型不純物を前記エピタキシヤル層内に選択
    的に導入して前記PNPバイポーラトランジス
    タのコレクタのp型領域4および前記NPNバ
    イポーラトランジスタのp型分離領域5を形成
    する工程、 (ニ) n型不純物を前記PNPバイポーラトランジ
    スタのコレクタ領域4内および前記埋込み層2
    の上方の前記エピタキシヤル層3内に選択的に
    導入して前記PNPバイポーラトランジスタの
    ベース領域6および前記NPNバイポーラトラ
    ンジスタのコレクトコンタクト領域7を形成す
    る工程、 (ホ) p型不純物を前記PNPバイポーラトランジ
    スタのベースn型領域6内、コレクタp型領域
    4および前記埋込み層2の上方の前記エピタキ
    シヤル層3内に選択的に導入して前記PNPバ
    イポーラトランジスタのエミツタ領域8、コレ
    クタコンタクト領域9および前記NPNバイポ
    ーラトランジスタのベース領域10を形成する
    工程、および (ヘ) n型不純物を前記PNPバイポーラトランジ
    スタのベースn型領域6内および前記NPNバ
    イポーラトランジスタのベースp型領域10内
    に選択的に導入して前記PNPバイポーラトラ
    ンジスタのベースコンタクト領域11および前
    記NPNバイポーラトランジスタのエミツタ領
    域12を形成する工程、 を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。 2 前記PNPバイポーラトランジスタのコレク
    タのp型領域4および前記NPNバイポーラトラ
    ンジスタのp型分離領域5の不純物濃度を表面濃
    度で1×1017ないし1×1018cm-3とすることを特
    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。
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