JPH0246736A - バイポーラ形薄膜半導体装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、バイポーラ形薄膜半導体装置に関する。

Ｂ、従来の技術 第４図および第５図により、従来のバイポーラ形薄膜半
導体装置を説明する。第４図は特願昭６２−１４８０４
３号に示されたバイポーラ形薄膜半導体装置の平面図、
第５図はそのｖ−ｖ線断面図である。

第４図および第５図において、絶縁性基板２１上に、半
導体薄膜としての多結晶シリコン層２２がＬＰＧＶＤ　
（減圧化学的気相成長）法により所要の厚さに堆積され
、所要の形状にパターニングされている。

この多結晶シリコン層２２にはＮ０形エミツタ領域２３
と、このＮ“形エミッタ領域２３を囲繞するようにＰ形
ベース領域２４ａおよびＰ４形ベース引出し領域２４ｂ
と、Ｎ＋形エミッタ領域２３．Ｐ形ベース領域２４ａお
よびＰ形ベース引出し領域２４ｂを囲繞するようにＮ−
形コレクタ領域２５ａが形成されている。このＮ−形コ
レクタ領域２５ａのＮ形不純物濃度は、Ｐ形ベース領域
２４ａ、Ｐ”形ベース引出し領域２４ｂのＰ形不純物濃
度より低濃度とされている。

そしてさらにこのＮ−形コレクタ領域２５ａを囲繞する
ようにＮ形不純物が高濃度に添加されたＮ゛形コレクタ
引出し領域２５ｂが形成されている。

ここで、Ｐ形ベース領域２４ａおよびＮ１形エミツタ領
域２３は、多結晶シリコン層２２上に設けられた同一マ
スクを用いて、予め低濃度にＮ形不純物が添加された多
結晶シリコン層２２にＰ形不純物とＮ形不純物とを二重
拡散することによって形成されている。このためＮ１形
エミツタ領域２３とＮ−形コレクタ領域２５ａとに挟ま
れたＰ形ベース領域２４ａの幅は、Ｐ形不純物とＮ形不
純物との二重拡散による横方向拡散長の差によって規定
され、極めて狭いベース幅Ｗとされる。

さらに、多結晶シリコン層２２上には層間絶縁膜として
のシリコン酸化膜２７が堆積されている。

そしてこのシリコン酸化膜２７に開口されたコンタクト
ホールを介して、Ｎ＋形エミッタ領域２３゜Ｐ“形ベー
ス引出し領域２４ｂ、およびＮ“形コレクタ引出し領域
２５ｂがそれぞれエミッタ電極２６Ｅ、ベース電極２６
Ｂ、およびコレクタ電極２６Ｃに接続されている。

この従来のバイポーラ形薄膜半導体装置は次のようにし
て製造される。

絶縁性基板２１上に、半導体薄膜としての多結晶シリコ
ンＭ２２をＬＰＣＶＤ法により所要の厚さに堆積し、Ｎ
形不純物を所要量添加して全体を低濃度のＮ−形不純物
領域とし、所要の形状にパターニングする。そしてこの
Ｎ−形不純物領域とされた多結晶シリコン層２２上にマ
スク材としてのシリコン酸化膜を形成し、所定の位置に
二重拡散用窓を開口する。次いで、この二重拡散用窓を
有するシリコン酸化膜をマスクとして、Ｐ形不純物を所
要量添加してベース領域およびベース引出し領域を形成
するためのＰ形不純物領域を形成する。続いて、二重拡
散用窓のうち、ベース弓出し領域を形成するためのＰ形
不純物領域上の部分をシリコン酸化膜によって覆い、ま
た多結晶シリコン層２２上にマスク材として形成されて
いるシリコン酸化膜にコレクタ引出し領域を形成するた
めの拡散用窓を開口する。

その後、一部をシリコン酸化膜によって覆われた二重拡
散用窓およびコレクタ引出し領域を形成するための拡散
用窓を有するシリコン酸化膜をマスクとして、Ｎ形不純
物を所要量添加して高濃度Ｎ＋形エミッタ領域２３およ
び高濃度Ｎ“形コレクタ引出し領域２５ｂを同時に形成
する。

こうして形成されたＮ“形エミッタ領域２３とＮ−形不
純物領域とに挟まれたＰ形不純物領域がＰ形ベース領域
２４ａおよびＰ＋形ベース引出し領域２４ｂとなり、こ
のＰ形ベース領域２４ａおよびＰ＋形ベース引出し領域
２４ｂとＮ“形コレクタ引出し領域２５ｂとに挟まれた
Ｎ−形不純物領域がＮ−形コレクタ領域２５ａとなる。

このときＮ＋形エミッタ領域２３とＮ−形コレクタ領域
２５ａとに挟まれたＰ形ベース領域２４ａのベース幅Ｗ
は、Ｐ形ベース領域２４ａを形成するＰ形不純物とＮ３
形エミツタ領域２３を形成するＮ形不純物との二重拡散
による横方向拡散長の差によって規定されるため極めて
狭く制御される。

次いで、全面に層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜２７
を堆積した後、Ｎ＋形エミッタ領域２３上、Ｐ４形ベー
ス引出し領域２４ｂ上、およびＮ＋形コレクタ引出し領
域２５ｂ上の所定の位置にそれぞれコンタクトホールを
開口し、Ｎ３形エミツタ領域２３、Ｐゝ形ベース引出し
領域２４ｂ、およびＮゝ形コレクタ引出し領域２５ｂに
それぞれ接続されるエミッタ電極２６Ｅ、ベース電極２
６Ｂ、およびコレクタ電極２６Ｇを形成する。

このようにして、上記特願昭６２−１４８０４３号に示
されるバイポーラ形薄膜半導体装置は、半導体薄膜にＮ
′″形エミッタ領域２３−Ｐ形ベース領域２４ａ−Ｎ−
形コレクタ領域２５ａの横形Ｎ”−Ｐ−Ｎ−構造のＮＰ
Ｎバイポーラトランジスタが形成されている。そしてこ
のＰ形ベース領域２４ａは、半導体薄膜上のマスク材に
開口された同−窓からＰ形不純物とＮ形不純物とを二重
拡散してこれら２種類の不純物の横方向拡散長の差によ
ってＰ形ベース領域２４ａのベース幅Ｗを決定する。い
わゆるＤ　Ｓ　Ａ　（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　５ｅｌｆ　
Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　）技術を用いることによって形成
されている。このため、Ｐ形ベース領域２４ａのベース
幅Ｗを極めて狭い（数千人）所望のベース幅に制御する
ことができ、多結晶シリコン層２２のような小数キャリ
アの拡散長の短い材料でも、適度な電流増幅率ｈＦＥを
有するＮＰＮバイポーラトランジスタを作ることができ
る。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来のバイポーラ形薄膜半導
体装置においては、ベース領域２４ａの幅が極めて狭い
ため、 ■ベース抵抗が極めて高くなり、その結果、コレクタ電
流を充分に流すことができず、応答性が悪い。またコレ
クタ電流を充分に流そうとすると駆動電圧が高くなる、 ■ベース抵抗を下げるためにベース領域の不純物濃度を
高くすると、エミッタ注入効率が下がり、電流増幅率ｈ
Ｆεが低下する、 等の問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、電流駆動能力や応答性を改善するとともに、実
効的なエミッターベース接合面積を大きくシ、かつ電流
増幅率ｈＦＥを大きくすることができるバイポーラ形薄
膜半導体装置を提供することを目的とする。

００課題を解決するための手段 本発明は、半導体薄膜に形成された第２導電形のエミッ
タ領域と、半導体薄膜に形成された第２導電形のコレク
タ領域と、エミッタ領域とコレクタ領域とに挟まれた第
１導電形のベース領域とを具備し、ベース領域およびエ
ミッタ領域が半導体薄膜上に設けられた同＝マスクを用
いた第１導電形および第２導電形の不純物の二重拡散に
よって形成されるバイポーラ形薄膜半導体装置に適用さ
れる。

そして上述の問題点は、基板上に高不純物濃度の第１導
電形のベース引出し領域を形成し、このベース引出し領
域上に絶縁膜を介して、エミッタ。

コレクタ、ベースの各領域が形成された上記半導体薄膜
を積層し、ベース領域の略全域を、絶縁膜に設けられた
開口部を介して、ベース電極と接続されたベース引出し
領域と接続することにより解決される。

Ｅ０作用 幅狭のベース領域のほぼ全域が高不純物濃度の第１導電
形のベース引出し領域を介してベース電極に接続される
のでベース抵抗が低くなる。そのため、電流駆動能力や
応答性が著しく改善され、また実効的なエミッターベー
ス接合面積が大きくなり、電流増幅率ｈＦＥが大きくが
できる。

Ｆ、実施例 一第１の実施例− 第１図および第２図により、本発明に係るバイポーラ形
薄膜半導体装置の第１の実施例を説明する。第１図はバ
イポーラ形薄膜半導体装置を示す平面図、第２図はその
ｎ−■ｍ断面図である。

第１図および第２図において、絶縁性基板１上には、多
結晶シリコン層にＰ形不純物を高濃度に添加したＰ１形
ベース引出し領域４ｂが形成されている。

このＰゝ形ベース引出し領域４ｂ上には、絶縁膜として
のシリコン酸化膜８を介して半導体薄膜としての多結晶
シリコン層２が形成されている。

この多結晶シリコン層２中には、Ｎ形不純物が添加され
たＮ１形エミツタ領域３と、このＮ３形エミツタ領域３
を囲繞するＰ形ベース領域４ａと、このＰ形ベース領域
４ａを囲繞するＮ−形コレクタ領域５ａとが形成されて
いる。このＮ−形コレクタ領域５ａのＮ形不純物濃度は
、Ｐ形ベース領域４ａの不純物濃度より低い。さらにこ
のＮ−形コレクタ領域５ａを囲繞してＮ形不純物が高濃
度に添加されたＮ＋形コレクタ引出し領域５ｂが形成さ
れている。

このようにして多結晶シリコン層２に、Ｎ１形エミッタ
領域３−Ｐ形ベース領域４ａ−Ｎ−形コレクタ領域５ａ
−Ｎ＋形コレクタ引出し領域５ｂの横形Ｎ”−Ｐ−Ｎ−
−Ｎ”構造が形成されている。

なお、Ｐ形ベース領域４ａおよびＮ３形エミツタ領域３
は、後の製造方法の説明において詳しく述へるが、同一
マスクを用い、多結晶シリコン層２にＰ形不純物とＮ形
不純物とを二重に拡散する、いわゆるＤＳＡ技術によっ
て形成されるため、Ｎ“形エミッタ領域３とＮ−形コレ
クタ領域５ａとに挟まれたＰ形ベース領域４ａのベース
幅Ｗを数千オングストロームと極めて狭くできる。さら
に、Ｐ形ベース領域４ａはＮ″″形エミッタ領域３の周
囲全てにおいて均一のベース幅Ｗを有することになり、
このＰ形ベース領域４ａ全体がトランジスタ動作に寄与
する活性ベース領域となっている。

そしてシリコン酸化膜８には、Ｐ形ベース領域４ａの底
面全体を含みかつそれより一回り大きなベース接続用の
開口部８Ｈが設けられ、このベース接続用開口部８Ｈを
介してＰ′″形ベース引出し領域４ｂとＰ形ベース領域
４ａとが接続されている。

さらに、Ｐ０形ベース引出し領域４ｂ上および多結晶シ
リコン層２上には層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜７
が堆積されている。そしてこのシリコン酸化膜７に開口
されたコンタクトホールを介して、Ｎ゛形エミッタ領域
３、Ｐ＋形ベース引出し領域４ｂ、およびＮ＋形コレク
タ引出し領域５ｂがそれぞれ例えばアルミニウムＡＱか
らなるエミッタ電極６Ｅ、ベース電極６Ｂ、およびコレ
クタ電極６Ｃに接続されている。

次に、このようなバイポーラ形薄膜半導体装置の製造方
法を説明する。

絶縁性基板１上に、半導体薄膜としての多結晶シリコン
層をＬＰＣＶＤ法により所要の厚さに堆積し、ホウ素Ｂ
等のＰ形不純物を高濃度に添加し。

さらに所要の形状にパターニングして、高濃度のＰ＋形
ベース引出し領域４ｂを形成する。そしてこのＰ１形ベ
ース引出し領域４ｂ上に、絶縁膜としてのシリコン酸化
膜８を形成し、ベース領域が形成される予定の所定の位
置にベース接続用の開口部８Ｈを開口する。

次いで、全面に半導体薄膜としての多結晶シリコン層２
をＬＰＣＶＤ法により所要の厚さに堆積し、リンＰやヒ
素Ａｓ等のＮ形不純物を所要量添加して全体を低濃度の
Ｎ−形不純物領域とし、所要の形状にパターニングする
。そしてこのＮ−形不純物領域としての多結晶シリコン
層２上にマスク材としてのシリコン酸化膜を形成し、所
定の位置に二重拡散用の窓を開口する。

次いで、この二重拡散用窓を有するシリコン酸化膜をマ
スクとして、ホウ素Ｂ等のＰ形不純物を所要量添加して
Ｐ形不純物領域を形成する。そして再びこの二重拡散用
窓を有するシリコン酸化膜の所定の位置にコレクタ引出
し領域形成用の窓を開口する。この二重拡散用窓および
コレクタ引出し領域形成用窓を有するシリコン酸化膜を
マスクとして、ＩＪンＰやヒ素Ａｓ等のＮ形不純物を所
要量添加して高濃度Ｎ１形エミツタ領域３およびＮ゛形
コレクタ引出し領域５ｂを同時に形成する。

こうして形成されたＮ＋形エミッタ領域３とＮ−形不純
物領域とに挟まれたＰ形不純物領域がＰ形ベース領域４
ａとなり、このＰ形ベース領域４ａとＮ＋形コレクタ引
出し領域５ｂとに挟まれたＮ−形不純物領域がＮ−形コ
レクタ領域５ａとなる。

同一の二重拡散用窓からＰ形不純物とＮ形不純物とを二
重拡散してＰ形ベース領域４ａとＮゝ形エミッタ領域３
とを形成するため、Ｎ＋形エミッタ領域３の周囲のＰ形
ベース領域４ａは全領域に渡って均一のベース幅Ｗを有
することになり、このＰ形ベース領域４ａ全体がトラン
ジスタ動作に寄与する活性ベース領域となる。しかもこ
のＰ形ベース領域４ａは、上述の二重拡散法による２種
類の不純物の横方向拡散長の差によってベース幅Ｗが決
定される、いわゆるＤＳＡ技術を用いることによって形
成されるため、そのベース幅Ｗは数千オングストローム
と極めて狭い所望のベース幅に制御される。

一方、シリコン酸化膜８に開口されたベース接続用開口
部８Ｈは、Ｐ形ベース領域４ａの底面全体を含みかつそ
れより一回り大きなものであるため、このベース接続用
開口部８Ｈを介してＰ０形ベース引出し領域４ｂとＰ形
ベース領域４ａとが接続される。

次いで、全面に層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜７を
堆積した後、Ｎ″″形エミッタ領域３上、Ｐ４形ベース
引出し領域４ｂ上、およびＮ＋形コレクタ引出し領域５
ｂ上の所定の位置にそれぞれコンタクトホールを開口す
る。そして全面にアルミニウムＡＱ層を形成し、所定の
形状にパターニングして、Ｎ３形エミツタ領域３、Ｐ０
形ベース引出し領域４ｂ、およびＮ＋形コレクタ引出し
領域５ｂにそれぞれ接続するエミッタ電極６Ｅ、ベース
電極６Ｂ、およびコレクタ電極６Ｃを形成する。

このように第１の実施例においては、ベース幅Ｗが極め
て狭いＰ形ベース領域４ａの底面全体が高濃度のＰ＋形
ベース引出し領域４ｂに接続されているため、ベース抵
抗を極めて小さいものにすることができる。したがって
、電流駆動能力や応答性が著しく改善される。

なおここで、Ｐ４形ベース引出し領域４ｂはＰ形ベース
領域４ａと接続されているだけでなく、Ｐ形ベース領域
４ａに隣接するＮゝ形エミッタ領域３の一部およびＮ−
形コレクタ領域５ａとも接続されている。しかし、Ｐ″
″形ベース引出し領域４ｂとＮ１形エミツタ領域３との
間にできるＰ−Ｎ接合は、Ｐ９形ベース引出し領域４ｂ
の不純物濃度がＰ形ベース領域４ａの不純物濃度に比べ
てかなり高いために小数キャリアの注入が抑制されて、
トランジスタ動作に悪影響を及ぼすことはない。また、
Ｐ０形ベース引出し領域４ｂとＮ−形コレクタ領域５ａ
との間にできるＰ−Ｎ接合は、トランジスタ動作時に逆
バイアスに印加されるため、電源電圧をかなり高くしな
い限り問題となることはない。

また、Ｎ″″形エミッタ領域３の周囲のＰ形ベース領域
４ａは全領域に渡って均一のベースＭＷを有し、このＰ
形ベース領域４ａ全体がトランジスタ動作に寄与する活
性ベース領域となるため、実効的なエミッターベース接
合面積を大きくすることができる。

さらにまた、上記特願昭６２−１４８０４３号に示され
るバイポーラ形薄膜半導体装置と同様に、同一マスクを
用いた二重拡散法によりＰ形ベース領域４ａのベース幅
Ｗを極めて狭い所望のベース幅に制御することができる
ため電流増幅率ｈＦＥを大きくすることができ、また低
濃度のＮ−形コレクタ領域５ａを設けているために耐圧
を高くすることができる。

一部２の実施例− 次に、第３図により、本発明に係るバイポーラ形薄膜半
導体装置の第２の実施例を説明する。

バイポーラ形薄膜半導体装置の断面図である第３図にお
いて、第２図に示された第１の実施例における絶縁性基
板１に代えてＮ形半導体基板３１が用いられている。ま
た、Ｐ０形ベース引出し領域４ｂに代えて、Ｎ形半導体
基板３１の表面にＰ形不純物を高濃度に添加して形成さ
れた高濃度のＰ＋形不純物領域としてのＰ“形ベース引
出し領域３４ｂが用いられており、さらにまたシリコン
酸化膜８に代えて、Ｐ＋形ベース引出し領域３４ｂ上に
形成された絶縁膜としてのシリコン酸化膜３８が用いら
れている。

これら以外は、第２図に示されているのと同様であり、
Ｐ３形ベース引出し領域３４ｂ上にシリコン酸化膜３８
を介して多結晶シリコン層２が形成され、この多結晶シ
リコン層２には、上述したと同様に、Ｎ０形エミッタ領
域３−Ｐ形ベース領域４ａ−Ｎ−形コレクタ領域５ａ−
Ｎ”形コレクタ引出し領域５ｂの横形Ｎ”−Ｐ−Ｎ−Ｎ
＋構造が形成されている。また、シリコン酸化膜３８に
は、Ｐ形ベース領域４ａの底面全体を含みかつそれより
一回り大きなベース接続用の開口部３８Ｈが設けられ、
このベース接続用開口部３８Ｈを介して、Ｐ２形ベース
引出し領域３４ｂとＰ形ベース領域４ａとが接続されて
いる。

すなわち第２の実施例は、Ｐ形ベース領域４ａがＮ形半
導体基板３１から絶縁分離されない構造の半導体装置に
用いることができる。

なお、Ｐ形ベース領域４ａおよびＮ″″形エミッタ領域
３は、第１の実施例と同様の二重拡散によって形成され
ているためＰ形ベース領域４ａのベース幅Ｗは、Ｐ形不
純物とＮ形不純物との二重拡散による横方向拡散長の差
によって規定され、数千オングストロームと極めて狭い
ベース幅Ｗとされ、かつＮ′″形エミッタ領域；３の周
囲全てにおいて均一のベース幅Ｗを有し、このＰ形ベー
ス引出４ａ全体が活性ベース領域となっている。

このようにして第２の実施例においても、第１の実施例
と同様に、Ｐ形ベース領域４ａの底面全てが高濃度のＰ
３形ベース引出し領域３４ｂに接続されているため、第
１の実施例と全く同様の効果を有する。

なお、上記第１および第２の実施例においては、ＮＰＮ
バイポーラトランジスタについて述べてきたが、このＮ
形とＰ形との導電形を全てに渡って入れ替えた構造のト
ランジスタすなわちＰＮＰバイポーラトランジスタにつ
いても、本発明を全く同様に適用することができる。ま
た、本発明を逸脱しない限りにおいて、多結晶シリコン
層２に形成したバイポーラトランジスタのレイアウトは
実施例に限定されない。

Ｇ６発明の効果 以上の通り本発明によれば、薄膜半導体層に形成された
バイポーラ形薄膜半導体装置において、ベース電極に接
続されている高不純物濃度のベース引出し領域を絶縁性
基板上に設け、この上に絶縁層を介して薄膜半導体装置
を形成し、そのベース領域のほぼ全体をベース引出し領
域と接続したので、 ■ベース抵抗を極めて小さなものにして、電流駆動能力
や応答性を著しく改善することができる、■実効的なエ
ミッターベース接合面積を大きくすることができる、 ■電流増幅率ｈＦＥを大きくすることができる、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるバイポーラ形薄膜
半導体装置を示す平面図、第２図はそのｎ−ｎ線断面図
、第３図は本発明の第２の実施例によるバイポーラ形薄
膜半導体装置を示す断面図、第４図は従来のバイポーラ
形薄膜半導体装置を示す平面図、第５図はそのｖ−ｖ線
断面図である。 １：絶縁性基板　　２：多結晶シリコン層３：Ｎ４形エ
ミッタ領域 ４ａ：Ｐ形ベース引出 ４ｂ：Ｐ”形ベース引出し領域 ５ａ：Ｎ−形コレクタ領域 ５ｂ：Ｎ″形コレクタ引出し領域 ６Ｅ：エミッタ電極 ６Ｂ：ベース電極 ６Ｃ：コレクタ電極　７：シリコン酸化膜８：シリコン
酸化膜 ８Ｈ：開口部　　　３にＮ形半導体基板３４ｂ：Ｐ＋形
ベース引出し領域 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　　　永　井　冬　紀 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体薄膜に形成された第２導電形のエミッタ領域と、 前記半導体薄膜に形成された第２導電形のコレクタ領域
   と、 前記エミッタ領域と前記コレクタ領域とに挟まれた第１
   導電形のベース領域とを具備し、 前記ベース領域および前記エミッタ領域が前記半導体薄
   膜上に設けられた同一マスクを用いた第１導電形および
   第２導電形の不純物の二重拡散によって形成されるバイ
   ポーラ形薄膜半導体装置において、 基板上に高不純物濃度の第１導電形のベース引出し領域
   が形成され、このベース引出し領域上に絶縁膜を介して
   、前記エミッタ、コレクタ、ベースの各領域が形成され
   た前記半導体薄膜が積層され、前記ベース領域の略全域
   が、前記絶縁膜に設けられた開口部を介して、ベース電
   極と接続された前記ベース引出し領域と接続されること
   を特徴とするバイポーラ形薄膜半導体装置。