JPH03284872A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH03284872A
JPH03284872A JP2086230A JP8623090A JPH03284872A JP H03284872 A JPH03284872 A JP H03284872A JP 2086230 A JP2086230 A JP 2086230A JP 8623090 A JP8623090 A JP 8623090A JP H03284872 A JPH03284872 A JP H03284872A
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JP
Japan
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layer
conductivity type
impurity
high concentration
semiconductor device
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JP2086230A
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English (en)
Inventor
Katsunobu Ueno
上野 勝信
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】 [概要] バイポーラ素子を組み込んだ半導体装置に関し、 メモリ素子のようにα線などの荷電粒子の影響を受けて
起こるソフトエラーを低減するとともに、高速アクセス
が可能でありまた製造が容易な半導体装置を提供するこ
とを目的とし、N°高濃度埋込層の下部にP゛高濃度屡
を設けるように構成する。
[産業上の利用分野コ 本発明はバイポーラ素子を組み込んだ半導体装置に関す
るものであり、さらに詳しく述べるならば、メモリ素子
のようにα線などの荷電粒子の影響を受はソフトエラー
が起こり易い半導体装置の構造に関するものである。
[従来の技術] 第4図に示すバイポーラトランジスタとSBDを組み合
わせたメモリ素子を参照してソフトエラーの原因を説明
する。図中、1はP−型シリコン基板、2はLOGOS
によるフィールドSiOx層、3はコレクタである高濃
度N型埋込層、4aはP型ベース領域、4bはベース4
aとSBDの間の抵抗層、5はN型エミッタ領域、6は
酸化膜、7はP0コンタクト領域、8はN−エピタキシ
ャル層、9はベースの電極、10はSBDと抵抗を結ぶ
配線である。
α線粒子が低濃度のP−型シリコン基板まで入射すると
、エレクトロン−ホール対が発生し、エレクトロンがコ
レクタ領域3に集まり、クロスカップルしているベース
電位を変え、蓄えられていた情報が変わる。このような
α線粒子によるソフトエラーを防止するために従来以下
のような素子構造が提案されていた。
■縦形素子においてコレクタとエミッタの位置を通常の
もの(第4図参照)とは逆にした構造の素子(第5図E
lectron Devices vol、35 pp
2094−2099参照)。第5図の符号は第4図と同
じ意味であり、また図中、3a、4aはベース領域、4
cはポリシリコンよりなるベースコンタクト部、11は
P0領域、12はn−well、13はSBDと抵抗を
接続するP゛領域14は抵抗、15はベース電極に抵抗
を接続するP0領域である。
しかしながら、エミッタがP−基板1と接触することに
よりエミッタ容量が増大し、エミッタ抵抗も増大し、ス
ピード等の性能は悪くなり、高速アクセスには不適にな
った。
なお、第5図の構造では、エミッタとコレクタの位置を
変える逆構造になるために、P型基板で発生して電荷は
エミッタに注入されるだけで、コレクタには影響せず、
上述のようにコレククタにつながるハーフセルの電位を
変えることはない。
■SBDクランプセルがPNPロードセルに変えられた
。バイポーラメモリにおいてはIKメモリまではパイボ
ーラトランジスラタのフリップフロップ回路に接続され
、信号をワード線から読み込むクランプ回路がSBDで
あったが、より高集積度のメモリではPNP トランジ
スタが使用されるようになった。すなわち、SBDクラ
ンプセルではSBDの電極と接続している半導体層に電
荷が発生し、その電荷がベースへ流れ込み、電位を反転
させ、SBDと接続したトランジスタの活性領域をON
 (OFF)させるソフトエラーが起こるのであるが、
IK程度の低集積度ではこのソフトエラーが目立たず、
一方、より高集積度メモリではセル面積の縮小化に伴い
微小電荷でも電位が大きく変動する。したがって、SB
Dより接合容量が大きいPNPトランジスタに変えるこ
とにより、α線による発生電荷の影響をみかけ上小さ(
した。
PNPトランジスタではベースとコレクタ領域の濃度を
高くすることにより接合容量を太き(した。PNPセル
の採用によりソフトエラーの確率は1/10以下低下し
たが、接合容量の発生により書き込みや読み出しのため
にセルにアクセスする速度が遅くなった。
■SOI構造の採用(第6図、IEDM’88 Lat
eNews参照) 第6図中、20は絶縁層、21は絶縁物分離領域、22
は高濃度埋込層である。
SOI構造では絶縁物分離領域でセル全体を囲むことに
より、ソフトエラーの確率が1/100以下に低下し、
その他の性能はにはほとんど影響しなかった。
[発明が解決しようとする課題] セルを絶縁物分離領域で完全に囲むSOI構造でセルが
完全に外部から分離されると、セル内でα線による電荷
がセルに流れ込むことがなくなる。
またN゛層22(第6図参照)下に、低濃度P型層1が
存在すると、そのP型層はα線で誘起された電荷が発生
し、ソフトエラーが起きる。この場合を1とすると、P
型層がな(なれば、1/103以下になると考えられて
いる。
方、大電流で使用するバイポーラ素子ではコレクタは低
抵抗でかつ大電流を流すことが必須であったので、2〜
3μmとN4高濃度埋込層を厚くしていた。
SOI構造でも同様にN+高濃度埋込層22(第5図)
を厚くする必要があった。また、S。
工構造を張り合せSOIで作る場合、絶縁基板20にP
−3iウエハーを張り合せ上面から研摩を行うが、研摩
の精度により、研摩後の拡散により形成されるN″″高
濃度埋込層21の下に低濃度のP−層1が残ってしまう
場合があった。通常の研摩精度では研摩後1〜0.5μ
m程度のP−シリコン基板(層)1が残ることは避けら
れない。このようにP−層1が残る場合SOIによるソ
フトエラー発生の改善は1/10”以上に留まった。
すなわち、N9層21とP−層1の接合容量はソフトエ
ラー防止に期待されたほど有効ではなく、P−層で発生
したエレクトロンが活性層に影響を与え、ソフトエラー
を起こす確率が高いことが分かった。
したがって、本発明は、メモリ素子のようにα線などの
荷電粒子の影響を受けて起こるソフトエラを低減すると
ともに、高速アクセスが可能でありまた製造が容易な半
導体装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る半導体装置は、一導電型高濃度埋込層の下
部に逆導電型層が設けられたバイポーラ素子を含んでな
ることを特徴とする。
また、本発明はS OI  (Silicon On 
In5ulator)構造において、高濃度埋込層と埋
込層絶縁膜の間に、高濃度埋込層とは逆導電型の不純物
を含む層を有する半導体装置を提供する。この装置は、
ウェーハ表面に一導電型不純物を拡散させる工程、前記
ウェーハに絶縁膜を形成するか、または別ウェーハに絶
縁膜を形成する工程、前記一導電型不純物を拡散させた
面と、別ウェーハを貼り合わせる工程、前記導電型不純
物を拡散させた面とは逆の面を研磨し、所定の厚さまで
薄くする工程、一導電型不純物を拡散させた面に高濃度
逆導電型の不純物を拡散させる工程により製造される。
以下、本発明の詳細な説明する。
N°高濃度埋込層は通常のバイポーラトランジスタにて
使用される濃度および厚みであってよい(コレクタ抵抗
を低くするために不純物濃度を10”am−”以上、厚
みを2μm以上)。
21層は濃度が従来のP−層の濃度より実質的に高けれ
ばよいが、特に10 ”cm−”以上の濃度であれば一
桁以上のソフトエラー改善が期待される。
本発明の上記構造を作るためには、2枚のSi基板30
(第2図)を熱酸化し、表面に酸化膜31を成長させた
後、2枚のSi基板30を重ね合わせて、1100℃以
上でアニールすることにより酸化膜31どうじを拡散接
合する。つづいて第3図に示すように片側の表面を研摩
し、酸化膜31を取り除き、Si基板30を表出させる
。張り合せた部分の酸化膜30 (22)はSOI構造
の絶縁基板部になり、ウェハーの側面部の酸化膜30(
21)は外側の絶縁物となる。酸化膜31に完全に取囲
まれているSi基板30は必要により研摩してもよい。
Si基板30はN型Si基板にBイオンを注入して底部
にP“層が残るようにして調製するのがよい。これは通
常のSi基板はN−型であるのでこれを利用することが
好ましく、また高濃度P9領域を有するSiウェハーを
成長させると欠陥が多く発生するので、P゛領域イオン
注入により作成することが好ましいからである。
[作用] P゛層とN゛高濃度埋込層の界面の空乏層に電荷が入る
と電荷は直ちに消滅する。また、空乏層で消滅せずにそ
の外部に存在する電子はほとんどがP゛高濃度埋込層の
不純物と結合して消滅する。これらの結果本発明におい
てはソフトエラーの確率が極めて低くなる。
本発明のN゛高濃度埋込層とP゛層の接合構造の代わり
に、N゛高濃度埋込層とN−層の接合構造を使用しても
従来のP−層l(第5図参照)をなくすることによるソ
フトエラー防止の効果はある。しかしながらN4高濃度
埋込眉とN−層の接合構造では上記した空乏層が作られ
ず、またN−層においたはエレクトロンの消滅が起こら
ないので、本発明の構造に比べてソフトエラー確率の低
下は102少ない。
以下、実施例により本発明を説明する。
[実施例] 第1図はSO■構造を採用した本発明に係るバイポーラ
素子であり、厚みが0.4μm以上、不純物濃度が10
 l5CI11−3のP“層23の上に厚みが3〜4μ
m、不純物濃度が10 ”am−”のN′″層22(コ
レクタコンタクト領域)を形成した。
N−層8は厚みが1μm、不純物濃度が1016cl”
であり、P0ベース領域4aは厚みが0.3μm、不純
物の濃度が10 ”cm−”であり、エミッタ領域5は
不純物濃度が10 ”cm−”であった。第1図のバイ
ポーラ素子を、第3図の従来のSOI構造とソフトエラ
ー確率を比較したところ前者の発生確率は、後者の発生
確率の数十倍であった。
不純物の導電型を逆にすることにより、PNP素子も形
成することができる。
以下、N型埋込層の例を説明する。
N型またはP型のウェーハ(不純物濃度IQIIIcm
−”程度)にP型不純物を拡散させる。拡散方法は、通
常のII法、ガス拡散または固相拡散で、濃度16”c
m−”以上、深さは0.4gm以上とする。別ウェーハ
をlLLm酸化する(別ウェーハでなく、上記ウェーハ
を酸化しても良い。ただし、拡散層の濃度が下がらない
ようにする。当然、所定の酸化膜厚が上記ウェーハと別
ウェーハの酸化膜厚の和となるように、別々に酸化して
も良い。酸化の代りに、CVD法により成長した膜でも
よい)。拡散させた面と別ウェーハを重ね合わせ、11
00℃以上の高温熱処理を行う。不純物を拡散させたウ
ェーハを研磨し、酸化膜上のシリコンが所定の厚さ、例
えば3−4μmになるまで薄(する。上記面に高濃度N
型不純物を拡散させる。以下、通常の素子を作る工程と
同じである。上記例は、N型埋込層を有する素子であっ
たが、不純物の導電気室を変えることにより、P型埋込
層を有する素子にも適用できる。
[発明の効果] 貼り合わせ方法では、能動領域の半導体層の厚さ精度を
良(することは、SOIウェーハ製作の歩留まりを下げ
、製造コストの増加を招くが、本発明により、厚さ精度
が必要なくなり、製造コストが安価になる。
高濃度層は大電流が流れる領域であり、一定の厚みが必
要であった。そのため、絶縁層上の半導体層は、2μm
以上必要となり、逆に高濃度層下に低濃度層が存在し、
α線によるソフト・エラーに対して弱くなっているが、
本発明では、その心配がな(なると同時に、拡散容量と
絶縁膜容量の直列和となって、寄生容量も小さくなり、
高速化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の請求項2記載の素子の実施例を示す断
面図、 第2図は本発明請求項2記載の素子の製造工程を説明す
る図面であって、張合せ工程の説明図、第3図は第2図
と同様の図面であって、研摩工程の説明図、 第4図はSBDとバイポーラ素子を組み合わせた従来の
半導体装置の断面図、 第5図は従来の半導体装置(SICOS)の断面図、

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、N^+高濃度埋込層の下部にP^+高濃度層が設け
    られたことを特徴とする素子を含んでなる半導体装置。 2、SOI(SiliconOnInsulator)
    構造において、高濃度埋込層と埋込層絶縁膜の間に、高
    濃度埋込層とは逆導電型の不純物を含む層を有する半導
    体装置。 3、ウェーハ表面に一導電型不純物を拡散させる工程、
    前記ウェーハに絶縁膜を形成するか、または別ウェーハ
    に絶縁膜を形成する工程、前記一導電型不純物を拡散さ
    せた面と、別ウェーハを貼り合わせる工程、前記導電型
    不純物を拡散させた面とは逆の面を研磨し、所定の厚さ
    まで薄くする工程、一導電型不純物を拡散させた面に高
    濃度逆導電型の不純物を拡散させる工程を含む半導体装
    置の製造方法。
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