JPH0258772B2 - - Google Patents

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JPH0258772B2
JPH0258772B2 JP56103533A JP10353381A JPH0258772B2 JP H0258772 B2 JPH0258772 B2 JP H0258772B2 JP 56103533 A JP56103533 A JP 56103533A JP 10353381 A JP10353381 A JP 10353381A JP H0258772 B2 JPH0258772 B2 JP H0258772B2
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JP
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forming
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JP56103533A
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JPS586167A (ja
Inventor
Kimimaro Yoshikawa
Isamu Takashima
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/30Devices controlled by electric currents or voltages
    • H10D48/32Devices controlled by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H10D48/34Bipolar devices
    • H10D48/345Bipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特にバイポーラト
ランジスタを有する半導体装置の製造方法に関す
る。
最近エレクトロニクスの応用分野が広がるにつ
れて、特性の異る種々のトランジスタを一枚の半
導体基板上に形成した半導体集積回路を製作する
ことが多くなつている。この傾向は特にバイポー
ラトランジスタを用いたリニア半導体集積回路
(以下LICと記す)において強くなつている。こ
のような半導体集積回路の製作において重要なこ
とは、いかにしてより少い工程で特性の異なる
種々のトランジスタを同一半導体基板上に形成す
るかということである。
原理的には所要の特性を得るのに必要なトラン
ジスタの活性領域を適正に形成するためには、条
件を変えて何回でも選択的に不純物の導入を行え
ば良いわけであるが、実際問題としては、そう多
数回の処理を行なうことは難しく、不純物の導入
工程が増えれば増えるほど活性領域を適正に制御
できず、LICの品質及び製造歩留りが大幅に低下
する。従つて、各トランジスタの大きさを変えて
設計することにより、各トランジスタはなるべく
同一工程で製作できるように工夫されているが、
設計の自由度は必ずしも大きくはない。特に同一
の半導体基板上に通常のバイポーラトランジスタ
とIIL(Integrated Injection Logic)素子を同一
不純物導入工程で形成する場合には所望の特性を
得ることが極めて困難であつた。
第1図は従来のバイポーラトランジスタとIIL
素子を有する半導体装置の一例を示す半導体チツ
プの模式的断面図である。
第1図に示すように、P型シリコン基板3の表
面に高濃度のN型不純物を選択的に導入してN+
型埋込領域4を形成し、N+型埋込領域4を含む
表面にN型のエピタキシヤル層5を形成する。次
に、エピタキシヤル層5の表面に選択的にP型不
純物を導入してP型シリコン基板に達する素子分
離領域20を設けてそれぞれN+型埋込領域4を
含む第1及び第2の素子形成領域1,2を区画す
る。次に、第1及び第2の素子形成領域1,2の
それぞれに同時にP型不純物を選択的に導入して
第1の素子形成領域1にバイポーラトランジスタ
のベース領域6と第2の素子形成領域2にIIL素
子のベース領域12及びインジエクタ領域13を
形成する。次に、第1及び第2の素子形成領域
1,2に同時にN型不純物を選択的に導入してベ
ース領域6内にバイポーラトランジスタのエミツ
タ領域7およびベース領域6の近傍にコレクタコ
ンタクト領域11を形成すると同時に、ベース領
域12内にIIL素子の第1コレクタ領域14及び
第2のコレクタ領域15並びにベース領域12の
近傍にインジエクタ領域13を形成する。次に、
全面に酸化シリコン膜21を堆積して選択的に開
孔し、バイポーラトランジスタのベース領域6と
接続するベース電極9と、エミツタ領域7と接続
するエミツタ電極10と、コレクタコンタクト領
域8と接続するコレクタ電極11を設けてバイポ
ーラトランジスタを形成すると共にIIL素子のベ
ース領域12に接続するベース電極12と、第1
コレクタ領域14及び第2コレクタ領域15のそ
れぞれに接続する第1コレクタ電極18及び第2
コレクタ電極19並びにインジエクタ領域13に
接続するインジエクタ電極17を設けてIIL素子
を形成して半導体装置を構成する。
このような構造のLICにおいて最も問題となる
ことはIIL素子を低圧動作させるためにバイポー
ラトランジスタの耐圧を大きくすることが困難な
ことである。
バイポーラトランジスタの耐圧を大きくするた
めにはそのベース幅Wb1を大きく且つその不純物
濃度を上げる必要があるが、同一の不純物導入工
程でIIL素子を形成するとIIL素子の縦型トランジ
スタ即ち逆方向NPNトランジスタ(以下逆トラ
ンジスタと記す)のベース幅Wb2も大となり且つ
電子の注入効率が小さくなる結果、その電流増幅
率βuが小さくなり動作特性が低下する。
また、逆トランジスタのベース領域12の不純
物濃度を低くすると逆トランジスタの電流増幅率
βuは大きくなるがインジエクタ領域13、N型
エピタキシヤル層5、ベース領域12で構成する
横型トランジスタの正孔の注入効率が小さくなる
結果その利得が小さくなつてしまうことになる。
すなわち、このLICの機能を最大限に発揮する
ためには、 (A) バイポーラトランジスタのベース領域6は不
純物濃度が高く、かつベース幅Wb1も大きいこ
と、 (B) IIL素子の逆トランジスタのベース領域12
はその真性ベース領域(第1及び第2のコレク
タ領域14,15の下部)は不純物濃度が低く
且つベース幅Wb2が小さいこと、 (C) IIL素子の逆トランジスタのベース領域12
の真性ベース領域以外の部分は不純物濃度が高
く、且つその領域の深さが深いこと(グラフト
ベース構造)、 の三つの条件を同時に満足しなければならない。
これらの条件を満たす構造のLICはベース領域
の不純物導入を2回に分けて行うことにより可能
であるが、工程数が増えるという問題以外にIIL
素子の横型トランジスタのベース幅Wb3の決定が
マスクの目合せずれにより不正確になる結果、
LICの品質及び製造歩留りが大幅に低下するとい
う問題点を有している。
本発明の目的は、一回の不純物導入によりそれ
ぞれ不純物濃度及び深さの異なるベース領域を形
成して同一半導体基板上に高耐圧のバイポーラト
ランジスタと高電流増幅率のIIL素子を同一工程
で形成できる半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。
本発明の半導体装置の製造方法は、 (A) P型シリコン基板の一主面にN型不純物を選
択的に導入してN型埋込領域を形成し、前記N
型埋込領域を含む表面にN型エピタキシヤル層
を形成する工程、 (B) 前記N型エピタキシヤル層の表面にP型不純
物を選択的に導入して前記P型シリコン基板に
達する素子分離領域を設けてそれぞれに前記N
型埋込領域を含む第1及び第2の素子形成領域
を区画する工程、 (C) 前記第1及び第2の素子形成領域のそれぞれ
にP型不純物を選択的に同時に導入し、前記第
1の素子形成領域にバイポーラトランジスタ用
の第1のベース領域を形成すると同時に前記第
2の素子形成領域にIIL素子用の第2のベース
領域及びインジエクタ領域を設ける工程、 (D) 前記第1及び第2のベース領域を含む表面に
窒化シリコン膜を設け、前記第2のベース領域
上の前記窒化シリコン膜を選択的にエツチング
してコレクタ領域形成用の開孔部を設ける工
程、 (E) 前記開孔部の前記第2のベース領域の表面を
熱酸化し、熱処理により前記第1及び第2のベ
ース領域の押込みを行い前記第2のベース領域
の拡散深さを前記酸化膜直下で浅く前記窒化シ
リコン膜の直下で深く形成する工程、 (F) 前記窒化シリコン膜及び酸化膜を除去した後
全面に絶縁膜を形成して選択的に開孔し、N型
不純物を導入して前記第1のベース領域にバイ
ポーラトランジスタのエミツタ領域を形成し、
且つ前記第2のベース領域の浅い拡散領域上に
IIL素子のコレクタ領域を形成する工程、 を含んで構成される。
以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
第2図a〜fは本発明の一実施例を説明するた
めの工程順に示した半導体チツプの模式的断面図
である。但し、第1図に示した従来例と共通部分
については説明を簡略化するために断面図の一部
を省略している。
まず、第2図に示すように、第1図により説明
したと同様の工程により、比抵抗1Ω・cmのP型
シリコン基板の表面にN型不純物を選択的に導入
して層抵抗約20Ω/□のN+型埋込領域を複数形
成し、N+型埋込領域を含む表面に比抵抗約1
Ω・cmのN型エピタキシヤル層5を約10μmの厚
さに形成する。次に、エピタキシヤル層5の表面
に選択的にP型不純物を導入してP型シリコン基
板に達する素子分離領域50を設けてそれぞれに
N+型埋込領域を含むバイポーラトランジスタ形
成用の第1の素子形成領域31およびIIL素子形
成用の第2の素子形成領域32を区画し、第1及
び第2の素子形成領域31,32を含む表面に酸
化シリコン膜51を形成する。
次に、第2図bに示すように、フツ酸等により
酸化シリコン膜51を選択的にエツチングして開
孔部を設け、酸化シリコン膜51をマスクとして
ホウ素イオンを加速エネルギー20keV、ドーズ量
5×1014cm-2の条件でイオン注入し、第1の素子
形成領域31にベース領域36を形成すると同時
に第2の素子形成領域32にベース領域42及び
インジエクタ領域43をそれぞれ形成する。
次に、第2図cに示すように、CVD法により
全面に窒化シリコン膜52を0.5μmの厚さに堆積
し、ベース領域42の上の窒化シリコン膜52を
プラズマエツチングにより選択的にエツチングし
てコレクタ領域形成用の開孔部を設ける。
次に、第2図dに示すように、1000℃のスチー
ム酸素雰囲気中でベース領域42の表面を酸化
し、酸化シリコン膜53を数十nmの厚さに形成
する。ここで、酸化シリコン膜53がベース領域
42の内側に入り込んで形成され、且つ酸化シリ
コン膜53中にベース領域42から不純物拡散が
行なわれ、酸化膜直下のベース領域42の厚さが
薄くなると共に不純物濃度も低くなる。
次に、第2図eに示すように、窒化シリコン膜
52及び酸化ベース膜51を順次除去したのち新
らたに酸化シリコン膜51を全面に再形成させて
1140℃の窒素等の不活性ガス雰囲気中で約1時間
の押し込み拡散を行う。
なお、この場合必ずしも酸化シリコン膜の再形
成は必要ではなく、もとの酸化シリコン膜と窒化
シリコン膜のままこの押込拡散を行つても良い。
ここで、第1の素子形成領域31のベース領域3
6、及び第2の素子形成領域32のベース領域4
2及びインジエクタ領域43が最終的に形成され
る。この場合、上述のようにベース領域42のコ
レクタを形成すべき領域部分は厚さが薄く且つ不
純物濃度が他よりも低くなつているので、これら
の部分では、不純物の押込みが小さくなりいわゆ
るグラフトベース構造が得られる。
次に、第2図fに示すように、酸化シリコン膜
51を選択的にエツチングして開孔し、N型不純
物を拡散して第1の素子形成領域31にエミツタ
領域37及びコレクタコンタクト領域38を形成
してバイポーラトランジスタを形成すると共に第
2の素子形成領域32に第1及び第2のコレクタ
領域44,45を形成してIIL素子を形成する。
次に、酸化シリコン膜51を選択的に開孔して、
アルミニウム層を堆積し、選択的にエツチング
し、バイポーラトランジスタのベース電極39、
エミツタ電極40、コレクタ電極41及びIIL素
子のベース電極46、インジエクタ電極47、第
1コレクタ電極48、第2コレクタ電極49をそ
れぞれ形成して半導体装置を構成する。
なお、ここで、ベース領域形成用の不純物導入
をイオン注入法の代りに熱拡散法を用いても良
い。
このように、本実施例によれば、ベース領域上
に選択的に酸化膜を設けて熱処理し、酸化膜下の
不純物濃度と拡散深さをそれ以外の部分と異なる
ように制御できることを利用して、同一半導体基
板上に同一工程で形成したバイポーラトランジス
タとIIL素子を有する半導体装置のバイポーラト
ランジスタのベース領域の不純物濃度を高くする
とともにベース幅Wb1を大きくして高耐圧化を実
現し、且つIIL素子の逆トランジスタのベース領
域のうち第1及び第2のコレクタの直下の真性ベ
ース領域は、酸化シリコン膜の形成条件を制御す
ることによりその不純物濃度を低くするとともに
ベース幅Wb2を小さくすることができ、この真性
ベース領域以外の部分はバイポーラトランジスタ
のベース領域と同じ条件で同時に形成されるの
で、その不純物濃度は高く深さも深いいわゆるグ
ラフトベース構造が得られるので逆トランジスタ
の電流増幅率βuを大きくすることができるとい
う効果を有する。
また、IIL素子のインジエクタ領域はバイポー
ラトランジスタのベース領域と同一工程で形成さ
れ、その不純物濃度を高くし、深く拡散できるの
で横型トランジスタの利得を大きくすることがで
きる。更にベース領域の不純物導入は一回だけで
あり、マスクの目合せずれを生ずることなくベー
ス幅Wb3を正確に設定でき、品質の向上が得られ
る。
以上説明したように本発明は、一回の不純物導
入によりそれぞれ不純物濃度及び深さの異なるベ
ース領域を形成して同一半導体基板上に高耐圧の
バイポーラトランジスタと高電流増幅率のIIL素
子を同一工程で形成できる半導体装置の製造方法
が実現できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置の一例を示す半導体
チツプの模式的断面図、第2図a〜fは本発明の
一実施例を説明するための工程順に示した半導体
チツプの模式的断面図である。 1,31…第1の素子形成領域、2,32…第
2の素子形成領域、3…P型シリコン基板、4…
N+型埋込領域、5,35…N型エピタキシヤル
層、6,12,36,42…ベース領域、7,3
7…エミツタ領域、8,38…コレクタコンタク
ト領域、9,16,39,46…ベース電極、1
0,40…エミツタ電極、11,41…コレクタ
電極、13,43…インジエクタ領域、14,4
4…第1コレクタ領域、15,45…第2コレク
タ領域、20,50…素子分離領域、21,5
1,53…酸化シリコン膜、52…窒化シリコン
膜、Wb1,Wb2,Wb3…ベース幅。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (A) P型シリコン基板の一主面にN型不純物
    を選択的に導入してN型埋込領域を形成し、前
    記N型埋込領域を含む表面にN型エピタキシヤ
    ル層を形成する工程、 (B) 前記N型エピタキシヤル層の表面にP型不純
    物を選択的に導入して前記P型シリコン基板に
    達する素子分離領域を設けてそれぞれに前記N
    型埋込領域を含む第1及び第2の素子形成領域
    を区画する工程、 (C) 前記第1及び第2の素子形成領域のそれぞれ
    にP型不純物を選択的に同時に導入し、前記第
    1の素子形成領域にバイポーラトランジスタ用
    の第1のベース領域を形成すると同時に前記第
    2の素子形成領域にIIL素子用の第2のベース
    領域及びインジエクタ領域を設ける工程、 (D) 前記第1及び第2のベース領域を含む表面に
    窒化シリコン膜を設け、前記第2のベース領域
    上の前記窒化シリコン膜を選択的にエツチング
    してコレクタ領域形成用の開孔部を設ける工
    程、 (E) 前記開孔部の前記第2のベース領域の表面を
    熱酸化し、熱処理により前記第1及び第2のベ
    ース領域の押込みを行い前記第2のベース領域
    の拡散深さを前記酸化膜直下で浅く前記窒化シ
    リコン膜の直下で深く形成する工程、 (F) 前記窒化シリコン膜及び酸化膜を除去した後
    全面に絶縁膜を形成して選択的に開孔し、N型
    不純物を導入して前記第1のベース領域にバイ
    ポーラトランジスタのエミツタ領域を形成し、
    且つ前記第2のベース領域の浅い拡散領域上に
    IIL素子のコレクタ領域を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP56103533A 1981-07-02 1981-07-02 半導体装置の製造方法 Granted JPS586167A (ja)

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