JPH0766217A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高速ｎｐｎバイポーラトランジスタとの混載
を目的とした横型ｐｎｐバイポーラトランジスタの電流
利得を向上させる。 【構成】 ｐｎｐトランジスタの動作領域の両側の側面
を露出させ、この側面でＰ型不純物を含む多結晶シリコ
ンと接続し、この多結晶シリコンからの不純物拡散を行
うことにより、エミッタ、コレクタ拡散層がトランジス
タ領域の側面からの拡散により形成される。 【効果】 従来の表面からの拡散で、エミッタ、コレク
タ領域を形成していた従来のｐｎｐトランジスタに比
べ、エミッタベース接合、及びベース・コレクタ接合の
全面積のうち、実際のバイポーラ動作に寄与する接合の
面積の割合が大幅に増大し、電流利得を大きく取れるよ
うになり、それに伴い高速性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、詳し
くは、横型バイポーラ素子を含む高速動作可能な半導体
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、バイポーラ素子、特に２層ポリシ
リコンセルフアライン構造を用いた縦型ｎｐｎ型のトラ
ンジスタの性能は大幅に向上してきており、相補型の回
路を組むために用いる横型ｐｎｐ型のトランジスタの性
能が追いつかなくなってきている。

【０００３】従来のｎｐｎ，ｐｎｐ混載のバイポーラ集
積回路では、縦型ｎｐｎトランジスタの製造工程にわず
かの工程を加えるだけで同時に製造することが出来る横
型のｐｎｐトランジスタを用いてきた。

【０００４】以下に、これまで一般に用いられてきた横
型ｐｎｐトランジスタの構造及び製造方法を、同時に形
成する縦型のｎｐｎトランジスタの製造方法と併せて説
明する。

【０００５】図３から図５に従来の横型ｐｎｐトランジ
スタの製造方法を示す。先ず、図３（ａ）に示すよう
に、ｐ型のシリコン基板１０１上にアンチモン拡散等の
手法を用いてｎ＋型の拡散層１０２を形成し、その上に
エピタキシャル成長法を用いてｎ−型のシリコン層１０
３を形成する。そして、この基板に素子分離用の深い溝
と浅い溝を形成し、深い溝の底部にイオン注入法により
ホウ素を打ち込みチャネルストッパーとしてのｐ＋型の
拡散層１０４を形成し、溝の内部にシリコン酸化膜１０
５を埋め込む。

【０００６】次に、図３（ｂ）に示すように、全面に多
結晶シリコン１０６を堆積しパターニングした後に、ｎ
ｐｎトランジスタのコレクタ及びｐｎｐトランジスタの
ベースを引き出すための領域にリンをイオン注入してｎ
−型エピタキシャル部分をｎ＋型拡散層１０７にすると
同時にこれらの領域上にある多結晶シリコン１０６ｂを
ｎ＋型にドープする。そして、ｎｐｎトランジスタのベ
ース及びｐｎｐトランジスタのエミッタ、コレクタを引
き出し多結晶シリコン１０６ａにＢＦ２＋をイオン注入
してｐ＋型多結晶シリコンにする。

【０００７】次に、図４（ｃ）に示すように、全面にシ
リコン酸化膜１０８を堆積し、ｎｐｎ、及びｐｎｐトラ
ンジスタの動作領域となるｎ−エピタキシャル層上のシ
リコン酸化膜１０８、ｐ＋型多結晶シリコン１０６ａを
エッチングして開口１０９、１１０を形成し、アニール
を行うことによりｐ＋型多結晶シリコンからの硼素拡散
によりｎ−エピタキシャル層にｐ＋型の不純物拡散層１
１１（ｎｐｎトランジスタの外部ベース拡散層）および
１１２（ｐｎｐトランジスタのエミッタ、コレクタ拡散
層）を形成する。その後、ｐｎｐトランジスタ側の開口
部１１０をフォトレジスト１１３で保護してＢＦ２＋を
イオン注入することによりｎｐｎトランジスタのベース
拡散層１１４を形成する。

【０００８】次に、図４（ｄ）に示すように、全面にシ
リコン窒化膜１１５を堆積し、ｐｎｐトランジスタ側の
開口部１１０をフォトレジスト１１６で保護してＲＩＥ
を行うことによりｎｐｎトランジスタ側では開口１０９
内にシリコン窒化膜１１５ａを形成し、同時にｐｎｐト
ランジスタ側の開口１１０部には、開口部を塞ぐ形でシ
リコン窒化膜キャップ１１５ｂを形成する。

【０００９】そして、図５（ｅ）に示すように、全面に
多結晶シリコン１１７を堆積し、砒素をイオン注入して
アニールすることにより、ｎｐｎトランジスタ側の開口
１０９内部にエミッタ拡散層となるｎ＋型の拡散層１１
８を形成し、ｎ＋型の多結晶シリコン１１７をｎｐｎト
ランジスタのエミッタ引き出し電極部のみを残してエッ
チングする。最後に、ｎｐｎトランジスタのベース、コ
レクタ電極、ｐｎｐトランジスタのエミッタ、ベース、
コレクタ電極取り出し用のコンタクト開口を形成し、各
電極部の上にＡｌ電極１１９を形成する。図５（ｆ）に
このような製造方法によって形成された横型のｐｎｐト
ランジスタ部の構造を示す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】横型のｐｎｐトランジ
スタは、基板面に対して水平方向に流れるキャリを用い
てバイポーラ動作させているために、前記実施例のｐｎ
ｐトランジスタでは、エミッタ、コレクタ拡散層となる
ｐ＋拡散層１１２とベース層となるｎ−エピタキシャル
層１０３の接合のうち、実効的なバイポーラ動作に寄与
するのは表面に極近い部分のみになってしまう。そのた
め、エミッタ・ベース接合を流れる電流のうちの極一部
しかコレクタに流れ込まないため、電流利得を大きく取
りにくく、遮断周波数が低くなってしまったり、また、
実効的なエミッタ面積が小さいために大きな電流を流し
にくいという問題がある。また、ベース幅は、基板面の
下ヘ行くほど小さくなり、かつエミッタ、コレクタ拡散
層の横方向への拡散によってベース幅が決まるためにこ
のベース幅の制御が難しいという問題もある。

【００１１】そのため、ｎｐｎトランジスタと同様に縦
型のトランジスタを用いれば、前記の問題は解決される
が、今度は、縦型ｎｐｎトランジスタの製造工程にわず
かの工程を加えるだけで同時に製造することが出来ると
いう横型ｐｎｐトランジスタの利点が全く得られなくな
り、工程数が大幅に増大してしまうという問題がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、第１導電型の半導体基板上に、第２導電型の高濃
度埋め込み層、第２導電型のエピタキシャル層を有し、
前記第２導電型のエピタキシャル層の一部が絶縁膜によ
って囲まれており、前記絶縁膜によって囲まれた前記第
２導電型のエピタキシャル層の一部に第１導電型のエミ
ッタ引き出し用多結晶シリコン及びコレクタ引き出し用
多結晶シリコンが接続されている横型バイポーラトラン
ジスタにおいて、前記体１導電型のエミッタ引き出し用
多結晶シリコン及びコレクタ引き出し用多結晶シリコン
が前記第２導電型のエピタキシャル層に対して少なくと
も側面で接続されていることを特徴とする横型バイポー
ラトランジスタを提供する。

【００１３】

【作用】本発明における半導体装置は、横型のｐｎｐト
ランジスタの動作領域となる半導体層の側面部を露出さ
せ、この側面からｐ型の不純物を拡散させることによ
り、エミッタ、コレクタ層を形成するため、実効的なエ
ミッタ・ベース、及びベース・コレクタ面積が大きく取
れ、電流利得を大きく取ることができ、遮断周波数を高
めることが可能になる。また、実効的なエミッタ面積を
エミッタ、コレクタ拡散層形成領域の側面の露出量によ
って制御することが可能なため、回路設計が容易になる
という利点もある。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して説明する。図１から図２は、本発明の半導体装置の
一実施例である横型ｐｎｐトランジスタの製造工程を示
した断面図である。

【００１５】この実施例では、本発明の半導体装置に係
る横型ｐｎｐトランジスタの構造、及び製造方法を理解
しやすいよう、横型ｐｎｐトランジスタの動作領域のみ
について説明するが、縦型のｎｐｎトランジスタ等の図
示していない部分は、前述の従来例と同様である。

【００１６】ｐ型のシリコン基板（図示せず）上にアン
チモン拡散等の手法を用いてｎ＋型の拡散層１を形成
し、その上にエピタキシャル成長法を用いてｎ−型のシ
リコン層２を形成する。そして、この基板に素子分離用
の深い溝と浅い溝を形成し、深い溝の底部にイオン注入
法によりホウ素を打ち込みチャネルストッパーとしての
ｐ＋型の拡散層（図示せず）を形成し、溝の内部にシリ
コン酸化膜３を埋め込む。その後、ｐｎｐトランジスタ
の動作領域となるｎ−エピタキシャル層２の周囲のシリ
コン酸化膜を溶液エッチング等の手段によりエッチング
してｎ−エピタキシャル層２の周囲の側面を露出させる
（図１（ａ））。

【００１７】全面に多結晶シリコン４を堆積しパターニ
ングした後に、ベース（ｎｐｎトランジスタではコレク
タ）引き出し領域にリンをイオン注入してｎ−型エピタ
キシャル部分をｎ＋型拡散層５にすると同時にこれらの
領域上にある多結晶シリコン４ｂをｎ＋型にドープす
る。そして、エミッタ、コレクタ（ｎｐｎトランジスタ
ではベース）を引き出すための多結晶シリコン４ａの部
分にＢＦ２＋をイオン注入してｐ＋型結晶シリコンにす
る（図１（ｂ））。

【００１８】全面にシリコン酸化膜６を堆積し、トラン
ジスタの動作領域となるｎ−エピタキシャル層上のシリ
コン酸化膜６、ｐ＋型多結晶シリコン４ａをエッチング
して開口７を形成し、アニールを行うことによりｐ＋型
多結晶シリコンからの硼素拡散によりｎ−エピタキシャ
ル層にエミッタ、コレクタ拡散層（ｎｐｎでは外部ベー
ス拡散層）となるｐ＋型の不純物拡散層８を形成する。
次に、ｎｐｎトランジスタの内部ベース拡散層（図示せ
ず）を選択的にＢＦ２＋イオン注入を行うことにより形
成した後に、全面にシリコン窒化膜９堆積し、この膜を
開口７及びその周囲にのみ残すようにＲＩＥを行うこと
により、ｎｐｎトランジスタのトランジスタ領域上にで
きた開口内に窒化膜側壁（図示せず）を形成すると同時
に開口部７を塞ぐシリコン窒化膜キャップ９を形成する
（図２（ｃ））。

【００１９】全面に多結晶シリコンを堆積し、砒素をイ
オン注入してアニールすることにより、ｎｐｎトランジ
スタのエミッタ拡散層を形成した後に、この多結晶シリ
コンをｎｐｎトランジスタのエミッタ引き出し電極部に
のみ残してエッチング除去する。最後に、ｎｐｎトラン
ジスタのベース、コレクタ電極、ｐｎｐトランジスタの
エミッタ、ベース、コレクタ電極取り出し用のコンタク
ト開口を形成し、各電極部の上にＡｌ電極１０を形成す
る（図２（ｄ））。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、横型
のｐｎｐトランジスタの動作領域となる半導体層の側面
部を露出させ、この側面からｐ型の不純物を拡散させる
ことにより、実効的なエミッタ・ベース、及びベース・
コレクタ面積が大きく取れ、電流利得を大きく取ること
ができ、遮断周波数を高めることが可能になる。また、
実効的なエミッタ面積をエミッタ、コレクタ拡散層形成
領域の側面の露出量によって制御することが可能なた
め、回路設計が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の半導体装置の構造及び製造
方法の工程を示す断面図。

【図２】 図１の続きを示す工程断面図。

【図３】 従来技術を示すための半導体装置の製造方法
の工程を示す断面図。

【図４】 図３の続きを示す工程断面図。

【図５】 図４に続く工程断面図。

【符号の説明】

１，５…ｎ＋型の拡散層 ２…ｎ−型のシリコン層 ３，６…シリコン酸化膜 ４…多結晶シリコン ７…開口 ８…Ｐ＋型の不純物拡散層 ９…シリコン窒化膜キャップ １０…Ａｌ電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型の半導体基板上に、第２導電型
   の高濃度埋め込み層、第２導電型のエピタキシャル層を
   有し、前記第２導電型のエピタキシャル層の一部が絶縁
   膜によって囲まれており、前記絶縁膜によって囲まれた
   前記第２導電型のエピタキシャル層の一部に第１導電型
   のエミッタ引き出し用多結晶シリコン及びコレクタ引き
   出し用多結晶シリコンが接続されている横型バイポーラ
   トランジスタを構成する半導体装置において、前記第１
   導電型のエミッタ引き出し用多結晶シリコン及びコレク
   タ引き出し用多結晶シリコンが前記第２導電型のエピタ
   キシャル層に対して少なくとも側面で接続されているこ
   とを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】少なくとも、前記横型バイポーラトランジ
   スタと逆導電型のキャリアを用いた縦型バイポーラトラ
   ンジスタを同一基板上に存在させて構成したことを特徴
   とする請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】縦型のバイポーラトランジスタが、ベース
   拡散層に接続する第１導電型多結晶シリコンと、エミッ
   タ拡散層に接続する第２導電型多結晶シリコンを有する
   ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。