JPS644351B2 - - Google Patents

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JPS644351B2
JPS644351B2 JP56058438A JP5843881A JPS644351B2 JP S644351 B2 JPS644351 B2 JP S644351B2 JP 56058438 A JP56058438 A JP 56058438A JP 5843881 A JP5843881 A JP 5843881A JP S644351 B2 JPS644351 B2 JP S644351B2
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
region
silicon layer
conductivity type
oxide film
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JP56058438A
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English (en)
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JPS57173972A (en
Inventor
Akira Kawakatsu
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry 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 Integrated Circuits (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バイポーラ型の半導体集積回路装
置の製造方法に関するものである。
半導体集積回路装置の製造において素子面積を
縮小させることは、集積密度の向上のみならず、
寄生容量の低減化により高速動作を可能にする。
集積密度向上のため、現在、最も実用的な従来
のバイポーラ型半導体集積回路装置の製造方法の
一例を第1図に示している。
まず、第1図Aに示すようにP型シリコン基板
1にN+埋込み層2を形成した後、上記シリコン
基板1上にN型エピタキシヤル層3を形成する。
次に、エピタキシヤル層3の選択された表面
に、熱成長シリコン酸化膜4と窒化シリコン膜5
からなる選択酸化のためのマスク層6を形成す
る。そして、表面に窒化シリコン膜5を有しない
エピタキシヤル層3をエツチングして溝7を形成
する。ここで、溝7の深さは、次の酸化工程にお
いて溝部に酸化膜が体積が増大して形成されて
も、基板表面がほぼ平担となるように設定され
る。
第1図Aに示す基板を酸化処理すると、第1図
Bのように分離酸化膜8が形成され、マスク層6
の下に、エピタキシヤル層3からなるコレクタ領
域3′,3″が形成される。
次に、第1図Cに示すように、マスク層6を除
去した後、コレクタ領域3″にコレクタ抵抗低減
用のN+領域(デイープコレクタ領域)9を形成
して埋込み層2と結合させ、さらにコレクタ領域
3′にベース抵抗低減用のP+領域(サイドベース
領域)10を形成する。
次に、第1図Dに示すように、コレクタ領域
3′にP型メインベース領域11を形成する。
次に、第1図Eに示すように、周知のエツチン
グ方法によりコレクタおよびエミツタコンタクト
のための開口部12,13を形成した後、メイン
ベース領域11にN+エミツタ領域14を形成す
る。
そして、次に、第1図Fに示すようにベースの
コンタクト穴を形成した後、配線金属からなる電
極15,16,17を形成する。
このようなバイポーラ型半導体集積回路装置に
おいて、ベース領域10,11およびエミツタ領
域14の縮小化は、サイドベース領域10と電極
15をオーミツクコンタクトさせる開口部と、エ
ミツタ領域14と電極16をオーミツクコンタク
トさせる開口部間に存在するシリコン酸化膜18
の寸法により制限される。このシリコン酸化膜1
8の大きさは、第2図に示す電極15と16間の
離間距離bと、開口部から酸化膜18の表面に、
電極パターン形成のためのマスク合わせ誤差余裕
分だけ延在する寸法aとの和、つまり2a+bに
より決定される。
しかるに、第1図に示す従来方法では、サイド
ベース領域10およびエミツタ領域14の真上に
取出し電極15,16を形成するため、酸化膜1
8の寸法の縮小が困難であり、したがつてベース
領域10,11とエミツタ領域14の面積の縮小
に限界がある欠点を有していた。
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、ベ
ースおよびエミツタ領域、ひいては素子全体を大
幅に縮少することができ、高集積化と同時に高速
動作を可能にする半導体集積回路装置の製造方法
を提供することを目的とする。
以下この発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第3図はこの発明の実施例を示す図である。
この実施例においては、N+領域(デイープコレ
クタ領域)を形成するまでは従来と同一工程をと
る。そこで、デイープコレクタ領域形成工程まで
は説明を割愛することにし、第3図Aにデイープ
コレクタ領域形成工程終了後の状態を示す。第3
図Aにおいては、21がP型シリコン基板、22
がN+埋込み層、23がN型エピタキシヤル層か
らなるコレクタ領域(第1領域)、24が素子分
離酸化膜、25がN+デイープコレクタ領域であ
る。
N+デイープコレクタ領域25の形成を終了し
たならば、次に、シリコン基板21上の全面に第
1の多結晶シリコン層26を2000〜5000Å厚に育
成し、さらにその第1の多結晶シリコン層26上
の所定部分、つまりエミツタ形成予定領域上およ
びエミツタ引出し部、ならびにデイープコレクタ
領域25上の第1の多結晶シリコン層26表面
に、選択酸化のためのマスク層271,272を形
成する。このマスク層271,272は、下に薄い
シリコン酸化膜、上にシリコン窒化膜を有する2
層膜からなる。(第3図B参照) 次に、マスク層271,272を用いて第1の多
結晶シリコン層26の選択酸化を行う。この選択
酸化を行うと、マスク層271,272直下の第1
の多結晶シリコン層26は依然多結晶シリコン層
261,262として残るが、表面にマスク層を有
しない第1の多結晶シリコン層26は熱成長シリ
コン酸化膜28となる。(第3図C参照) 続いて、マスク層271,272を除去した後、
イオン注入などの手段によつて多結晶シリコン層
261,262に概ね1014cm-2程度のP型不純物
たとえば硼素を導入する。そして、その後、熱処
理を行うことにより、多結晶シリコン層261
下のコレクタ領域23にP型メインベース領域
(第2領域)29を形成する。この時、デイープ
コレクタ領域25にも同時に硼素が拡散される
が、デイープコレクタ領域25には既に高濃度の
N+型不純物が拡散されているため、P型領域は
生じない。次に、再び、多結晶シリコン層261
262に、イオン注入などの手段によつて今度は
N型不純物たとえば砒素を概ね1016cm-2程度導
入し、900℃ないし1000℃程度の温度で短時間熱
処理することにより、多結晶シリコン層261
262内の砒素などのN型不純物の均一化を図る。
この時、単結晶シリコン中の拡散速度が多結晶シ
リコン中に比して著しく遅いため、N型不純物
は、メインベース領域29中には殆ど拡散されな
い。(第3図D参照) 次に、シリコン酸化膜28を全面除去した後、
概ね700℃以下の低温で酸化処理を施す。これに
より、高濃度の不純物を含む多結晶シリコン層2
1,262の表面には厚いシリコン酸化膜301
302が、他方、コレクタ領域23表面を含む単
結晶シリコン表面には薄いシリコン酸化膜31が
成長する。(第3図E参照) 続いて、全体をシリコン酸化膜のエツチング液
に浸漬することにより、薄いシリコン酸化膜31
を除去する一方、厚いシリコン酸化膜301,3
2は、若干膜厚が減つた状態で残存させるよう
にする。その後、シリコン基板21上の全面、つ
まり、シリコン酸化膜301,302、コレクタ領
域23および分離酸化膜24などの表面に第2の
多結晶シリコン層32を2000〜5000Å厚程度に育
成する。(第3図F参照) しかる後、イオン注入などの手段により第2の
多結晶シリコン層32にP型不純物、たとえば硼
素を1015〜1016cm-2程度の高濃度で導入する。そ
して、不純物の導入を行つた後、第2の多結晶シ
リコン層32の選択除去を行うことにより、第2
の多結晶シリコン層32を、シリコン酸化膜30
およびコレクタ領域23の表面ならびに抵抗と
なる部分(図示せず)など必要部分にのみ残す。
この選択除去を行つた後の状態が第3図Gに示さ
れており、第3図Gでは、シリコン酸化膜301
およびコレクタ領域23の表面に残された第2の
多結晶シリコン層32を多結晶シリコン層321
として示してある。
その後、多結晶シリコン層321の表面などシ
リコン基板21上の全面にシリコン酸化膜などの
絶縁膜33を育成する。そして、絶縁膜33の形
成後、熱処理を行うことにより、多結晶シリコン
層321直下のコレクタ領域23に、メインベー
ス領域29から延在するP+サイドベース領域
(第4領域)341,342を形成する。この時、
同時に、多結晶シリコン層261からメインベー
ス領域29中にN型不純物が拡散されるので、多
結晶シリコン層261直下のメインベース領域2
9にエミツタ領域(第3領域)35が形成され
る。(第3図H参照) しかる後は、図示しないが通常の手段によつて
コンタクトホールを開口し、金属配線を形成する
ことにより、バイポーラ型半導体集積回路装置が
完成する。
第4図はこのようにして完成された半導体集積
回路装置の主要部の平面図であり、エミツタコン
タクトを形成するための多結晶シリコン層261
は能動素子領域の外部に引出されている。
以上のような実施例によれば、次のような効果
を得ることができる。
自己整合によつてエミツタ領域35およびベ
ース領域29,341,342の電極取出し部分
の間隔をサブミクロン、すなわち第3図Hにd
で示すシリコン酸化膜301の厚み分だけに縮
小でき、またエミツタ電極を高濃度にN型不純
物が含まれた多結晶シリコン層261によつて
能動素子領域の外部に引出しているため、配線
合わせ余裕を減じることなく、エミツタ領域3
5およびベース領域29,341,342、ひい
ては素子全体を極限まで微細化し、高集積化す
ることができ、さらには、寄生容量が殆どない
多結晶シリコン抵抗を同時に形成できることと
相まつて高速化ならびに低消費電力化を達成で
きる。
サイドベース領域341,342の真上から金
属配線の形成を行うことができるから、ベース
直列抵抗の増大がない。さらに、多結晶シリコ
ン層321の任意の点からベース端子を取出す
こともできるため、集積回路の設計上の自由度
が増加する。
従来の方法では、メインベース領域、サイド
ベース領域およびエミツタ領域を形成するため
に3回のマスキング工程を要するが、実施例に
よれば、第1の多結晶シリコン層26の選択酸
化および第2の多結晶シリコン層32の選択除
去の2回のマスキング工程ですみ、工程を簡略
化できる。
第3図および第4図を用いて説明した実施例に
よれば、以上のような効果を得ることができる。
なお、上記実施例では素子間分離に酸化膜分離
を用いたが、PN分離、あるいはPN分離と酸化
膜分離の両者を併用するなどの分離方法を用いる
こともできる。
また、ノンドープの多結晶シリコンを用いて第
2の多結晶シリコン層32を形成し、以後、第2
の多結晶シリコン層32にP型不純物を導入する
ようにしたが、予め高濃度のP型不純物たとえば
硼素を含んだ多結晶シリコンを用いて第2の多結
晶シリコン層32を形成するようにしてもよい。
さらに、第2の多結晶シリコン層32の選択除去
は選択酸化に代えることができ、その場合には、
選択酸化後に不純物を導入する工程が望ましい。
また、絶縁膜33の形成およびそれに引続く熱
処理工程は、熱酸化処理に代えることも可能であ
る。
また、実施例では、サイドベース領域341
342をコレクタ領域23に配置したが、エミツ
タ領域35を分離酸化膜24に接近させて、サイ
ドベース領域341,342の一方をなくす構成と
することもできる。このようにすれば、さらにベ
ース・エミツタ領域の表面積の大幅な縮小が可能
となる。
さらに、多結晶シリコン層261を隣接して複
数個設ければ、マルチエミツタトランジスタを製
造することもできる。マルチエミツタトランジス
タを製造した場合は、すべてのエミツタ領域の両
側のサイドベース領域が相互に多結晶シリコン層
321によつて最短距離で接続されるため、エミ
ツタの位置に拘らずベース直列抵抗は殆ど差がな
くなる。特に、多結晶シリコン層321上の全面
を開口して金属配線を取出せば、さらにこの効果
は著しい。
以上の説明から明らかなように、この発明の半
導体集積回路装置の製造方法においては、表面に
コレクタとなる一導電型の第1領域を有する逆導
電型のシリコン基板上に第1の多結晶シリコン層
を形成して、これを選択酸化した後、逆導電型の
不純物を第1の多結晶シリコン層に導入する工程
を経て第1領域内にベースとなる逆導電型の第2
領域を形成し、再度、今度は一導電型の不純物を
第1の多結晶シリコン層に導入した後、上記選択
酸化によるシリコン酸化膜を除去した上で、第1
の多結晶シリコン層表面に酸化膜を形成し、かつ
全面に第2の多結晶シリコン層を形成するように
し、しかる後第2の多結晶シリコン層に逆導電型
の不純物を導入した上で、熱処理することによ
り、第2領域にエミツタとなる一導電型の第3領
域を、また第1領域にサイドベースとしての逆導
電型の第4領域を同時に形成するものである。ま
た、第2の多結晶シリコン層を形成した後、それ
に不純物を導入する代りに、逆導電型の不純物を
含む第2の多結晶シリコン層を全面に形成するも
のである。したがつて、ベースおよびエミツタ領
域、ひいては素子全体を大幅に縮小することがで
き、高集積化と同時に、高速動作など特性の向上
と低消費電力化を図ることができる。さらには、
設計の自由度の増大を図ることができ、工程も非
常に簡略化されたものとなる。このような効果を
有するこの発明の製造方法は、いわゆるECL、
STTL、IILなど、あるいはそれらの混在する高
密度かつ高速のバイポーラ型の半導体集積回路装
置の製造方法に広く利用することができるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のバイポーラ型半導体集積回路装
置の製造方法の一例を示す断面図、第2図は従来
の方法による装置の一部を取出して示す断面図、
第3図はこの発明の半導体集積回路装置の製造方
法の実施例を示す断面図、第4図は実施例により
得られた装置の要部を示す平面図である。 21…P型シリコン基板、23…コレクタ領
域、26…第1の多結晶シリコン層、261…多
結晶シリコン層、271…マスク層、28…熱成
長シリコン酸化膜、29…P型メインベース領
域、301…厚いシリコン酸化膜、31…薄いシ
リコン酸化膜、32…第2の多結晶シリコン層、
321…多結晶シリコン層、341,342…P+
イドベース領域、35…エミツタ領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 表面にコレクタとなる一導電型の第1領域を
    有する逆導電型のシリコン基板を準備する工程
    と、このシリコン基板表面上に第1の多結晶シリ
    コン層を形成する工程と、この第1の多結晶シリ
    コン層の選択された表面に選択酸化のためのマス
    ク層を形成する工程と、選択酸化により、表面に
    マスク層を有しない上記第1の多結晶シリコン層
    をシリコン酸化膜に変換する工程と、上記マスク
    層を除去した後、逆導電型の不純物を上記第1の
    多結晶シリコン層に導入する工程と、この第1の
    多結晶シリコン層直下の上記第1領域内にベース
    となる逆導電型の第2領域を形成する工程と、上
    記第1の多結晶シリコン層に高濃度の一導電型不
    純物を導入する工程と、上記シリコン酸化膜を除
    去した後、低温酸化により、上記第1領域表面お
    よび上記第1の多結晶シリコン層表面の各々に薄
    いシリコン酸化膜および厚いシリコン酸化膜を形
    成する工程と、上記薄いシリコン酸化膜を除去し
    た後、上記第1領域表面および上記厚いシリコン
    酸化膜表面に第2の多結晶シリコン層を形成する
    工程と、この第2の多結晶シリコン層表面に逆導
    電型の不純物を導入する工程と、上記シリコン基
    板を熱処理することにより、上記第1の多結晶シ
    リコン層直下の上記第2領域にエミツタとなる一
    導電型の第3領域を、また上記第2の多結晶シリ
    コン層直下の上記第1領域に、上記第2領域から
    延在するサイドベースとなる逆導電型の第4領域
    を同時に形成する工程とを具備してなる半導体集
    積回路装置の製造方法。 2 表面にコレクタとなる一導電型の第1領域を
    有する逆導電型のシリコン基板を準備する工程
    と、このシリコン基板表面上に第1の多結晶シリ
    コン層を形成する工程と、この第1の多結晶シリ
    コン層の選択された表面に選択酸化のためのマス
    ク層を形成する工程と、選択酸化により、表面に
    マスク層を有しない上記第1の多結晶シリコン層
    をシリコン酸化膜に変換する工程と、上記マスク
    層を除去した後、逆導電型の不純物を上記第1の
    多結晶シリコン層に導入する工程と、この第1の
    多結晶シリコン層直下の上記第1領域内にベース
    となる逆導電型の第2領域を形成する工程と、上
    記第1の多結晶シリコン層に高濃度の一導電型不
    純物を導入する工程と、上記シリコン酸化膜を除
    去した後、低温酸化により、上記第1領域表面お
    よび上記第1の多結晶シリコン層表面の各々に薄
    いシリコン酸化膜および厚いシリコン酸化膜を形
    成する工程と、上記薄いシリコン酸化膜を除去し
    た後、上記第1領域表面および上記厚いシリコン
    酸化膜表面に一導電型の不純物を含む第2の多結
    晶シリコン層を形成する工程と、上記シリコン基
    板を熱処理することにより、上記第1の多結晶シ
    リコン層直下の上記第2領域にエミツタとなる一
    導電型の第3領域を、また上記第2の多結晶シリ
    コン層直下の上記第1領域に、上記第2領域から
    延在するサイドベースとなる逆導電型の第4領域
    を同時に形成する工程とを具備してなる半導体集
    積回路装置の製造方法。
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