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JP2003017498A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Publication number
JP2003017498A
JP2003017498A JP2001200423A JP2001200423A JP2003017498A JP 2003017498 A JP2003017498 A JP 2003017498A JP 2001200423 A JP2001200423 A JP 2001200423A JP 2001200423 A JP2001200423 A JP 2001200423A JP 2003017498 A JP2003017498 A JP 2003017498A
Authority
JP
Japan
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layer
buried
type
diffusion layer
impurity
Prior art date
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Application number
JP2001200423A
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English (en)
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Inventor
Hidenori Fujii
秀紀 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2001200423A priority Critical patent/JP2003017498A/ja
Priority to US10/032,547 priority patent/US6914308B2/en
Publication of JP2003017498A publication Critical patent/JP2003017498A/ja
Publication of JP2003017498A5 publication Critical patent/JP2003017498A5/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H10D10/00Bipolar junction transistors [BJT]
    • H10D10/01Manufacture or treatment
    • H10D10/051Manufacture or treatment of vertical BJTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D10/00Bipolar junction transistors [BJT]
    • H10D10/40Vertical BJTs
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    • H10D84/401Combinations of FETs or IGBTs with BJTs

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦型PNPバイポーラトランジスタを備えた
半導体装置において、煩雑な工程を経ることなく基板電
位からコレクタ層を分離する。 【解決手段】 半導体基板上の所定の素子領域に縦型P
NPバイポーラトランジスタが形成された半導体装置で
あって、所定の素子領域に形成された高濃度の埋め込み
N+層3と、埋め込みN+層3上に密着して形成された
P型のコレクタ層5とを備える。埋め込みN+層3より
も拡散定数の大きな不純物によってコレクタ層5を形成
することにより、特別なマスク合わせを行うことなく、
他の素子領域と共通に形成された埋め込みN+層3上に
コレクタ層5を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に、縦型PNP(VerticalPNP:V-
PNP)バイポーラトランジスタを備えた半導体装置に適
用して好適である。
【0002】
【従来の技術】近時における半導体集積回路において、
例えばバイポーラ集積回路においてはNPNバイポーラ
トランジスタと縦型PNPバイポーラトランジスタが混
載された構造を備えている。また、BiCMOSなどに
代表されるように、同一基板上にNPNバイポーラトラ
ンジスタ、MOSトランジスタ、PNPバイポーラトラ
ンジスタなどの各種素子が混載されて1チップを構成し
ているものもある。
【0003】図6〜図8は、NPNバイポーラトランジ
スタ(NPN)、LPNPバイポーラトランジスタ(L
−PNP)、縦型PNPバイポーラトランジスタ(V−
PNP)が混載されたバイポーラ集積回路の製造方法を
工程順に示す概略断面図である。以下、図6〜図8に基
づいて従来の半導体装置の構成及び製造方法を説明す
る。
【0004】先ず、図6(a)に示すように、P型シリ
コン半導体基板101上に膜厚6000Å程度のシリコ
ン酸化膜102を形成し、フォトリソグラフィー及びこ
れに続くドライエッチングによりシリコン酸化膜102
に開口102aを形成する。そして、シリコン酸化膜1
02をマスクとして、リン(P)を加速エネルギー12
0KeV、ドーズ量5×1014/cmの条件でイオ
ン注入し、温度1200℃で30分間の熱処理を行う。
これにより、V−PNPの形成領域に埋め込みN−層1
03を形成する。
【0005】次に、シリコン酸化膜102を除去後、P
型シリコン半導体基板101の表面に膜厚6000Å程
度のシリコン酸化膜104を形成し、フォトリソグラフ
ィー及びこれに続くドライエッチングにより、シリコン
酸化膜104に開口を形成する。そして、シリコン酸化
膜104をマスクとしてアンチモン(Sb)を加速エネ
ルギー50KeV、ドーズ量4×1015/cmの条
件でイオン注入し、温度1200℃で2時間の熱処理を
行う。これにより、NPN、L−PNPの形成領域に埋
め込みN+層105が形成される。
【0006】次に、図6(c)に示すように、シリコン
酸化膜104を除去した後、膜厚1000Å程度の下敷
き酸化膜106を形成し、フォトリソグラフィーにより
所定の開口を備えたレジスト膜107を形成する。そし
て、レジスト膜107をマスクとしてホウ素(B)を加
速エネルギー50KeV、ドーズ量4×1014/cm
の条件でイオン注入し、温度1000℃で30分間の
熱処理を行う。これにより、NPN、L−PNP、V−
PNPのそれぞれの領域を分離する下面分離層119が
形成される。また、V−PNPの形成領域においては、
埋め込みN−層103上に下面分離層119と同一層か
らなるコレクタ層120が形成される。
【0007】次に、図6(d)に示すように、レジスト
膜107、下敷き酸化膜106を除去した後、エピタキ
シャル成長を行う。これにより、P型シリコン半導体基
板101上にエピ層厚4μm程度、比抵抗3Ωcm程度
のエピタキシャル層108を形成する。
【0008】次に、図7(a)に示すように、膜厚10
00Å程度のシリコン窒化膜(不図示)を形成し、フォ
トリソグラフィー及びこれに続くドライエッチングによ
りパターニングした後、温度950℃、3時間程度の熱
処理を行うことにより、エピタキシャル層108に膜厚
15000Å程度のフィールド酸化膜109を形成す
る。
【0009】次に、図7(b)に示すように、膜厚50
0Å程度の下敷き酸化膜110をエピタキシャル層10
8上に形成し、フォトリソグラフィーにより所定の開口
を備えたレジスト膜111を形成する。その後、レジス
ト膜111をマスクとしてボロン(B)を加速エネルギ
ー50KeV、ドーズ量4×1014/cmの条件で
イオン注入し、温度1000℃で30分間の熱処理を行
う。これにより、下面分離層119に接続され、NP
N、LPNP、V−PNPのそれぞれの領域を下面分離
層119とともに分離する上面分離層121が形成され
る。また、V−PNPの形成領域においては、上面分離
層121と同一層からなるコレクタコンタクト層122
が形成され、コレクタ層120と接続される。なお、こ
の工程ではホウ素をイオン注入する代わりに、これらの
P型拡散層を形成する領域上にホウ素ガラス(BSG)
膜をデポし、温度800℃〜1000℃程度の熱処理を
行うことによってホウ素ガラス膜中のホウ素をエピタキ
シャル層6中に拡散させてもよい。
【0010】次に、図7(c)に示すように、レジスト
膜111を除去した後、フォトリソグラフィーにより所
定の開口を有するレジスト膜112を形成する。その
後、レジスト膜112をマスクとしてホウ素を加速エネ
ルギー50KeV、ドーズ量4×1014/cmの条
件でイオン注入し、温度1000℃で15分間の熱処理
を行う。これにより、NPNの形成領域においては、ベ
ース層124が形成される。また、V−PNPの形成領
域には、エミッタ層123が形成される。また、L―P
NPの形成領域には、エミッタ層、コレクタ層となる拡
散層127が形成される。
【0011】次に、図7(d)に示すように、全面にシ
リコン酸化膜113を形成した後、フォトリソグラフィ
ー及びこれに続くドライエッチングにより、シリコン酸
化膜113を選択的に除去する。
【0012】次に、図8(a)に示すように、フォトリ
ソグラフィーにより所定の開口を有するレジスト膜11
4を形成する。そして、このレジスト膜114をマスク
として砒素(As)を加速エネルギー50KeV、ドー
ズ量5×1015/cmの条件でイオン注入し、温度
1000℃で20分間の熱処理を行う。これにより、N
PNの形成領域のベース層124中にエミッタ層125
が形成される。また、V−PNPの形成領域にベース層
としてのエピタキシャル層108と接続されるベース引
き出し層126が形成される。
【0013】次に、図8(b)に示すように、コンタク
ト層となるアルミニウム膜115を膜厚6500Å程度
形成し、フォトリソグラフィー及びこれに続くドライエ
ッチングによりアルミニウム膜115からなる電極を形
成する。
【0014】次に、図8(c)に示すように、シリコン
酸化膜からなる層間絶縁膜116を10000Å程度の
膜厚で形成し、フォトリソグラフィー及びこれに続くド
ライエッチングにより、アルミニウム膜115からなる
電極に到達するスルーホール116aを形成する。
【0015】そして、アルミニウム膜117を1000
0Å程度の膜厚で形成し、フォトリソグラフィー及びこ
れに続くドライエッチングにより、パターニングする。
その後、ガラスコート膜118を7500Å程度の膜厚
で形成し、フォトリソグラフィー及びこれに続くドライ
エッチングにより所定の開口を形成する。これにより、
図8(d)に示すようなバイポーラ集積回路の構造を得
る。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6〜
図8に示すような従来の半導体装置においては、P型シ
リコン半導体基板101上の縦型PNPバイポーラトラ
ンジスタの形成領域に、他の領域とは異なる埋め込みN
−層103を形成する必要があった。
【0017】すなわち、縦型PNPバイポーラトランジ
スタの形成領域以外の領域においては、基板電位との分
離のため、また、NPNバイポーラトランジスタのコレ
クタ層として使用したりコレクタ層の抵抗を低減させる
ため、埋め込みN+層105を形成する必要がある。し
かし、PNPバイポーラトランジスタの形成領域では、
他の領域と同様の埋め込みN+層105を形成して、こ
の上にコレクタ層120としてのP型拡散層を直接形成
することはできなかった。埋め込みN+層105は高濃
度に形成されるため、埋め込みN+層105に重ねて逆
導電型のP型拡散層を形成することが困難となるためで
ある。従って、図6に示すように、深い埋め込みN−層
103を低濃度に形成した後にコレクタ層120を形成
していた。
【0018】この埋め込みN−層103はコレクタ層1
20とP型シリコン半導体基板101との電位を分離す
る機能を有するが、埋め込みN−層103を形成するた
めに下敷き用のシリコン酸化膜102の形成、フォトリ
ソグラフィー及びこれに続くドライエッチング、リンの
イオン注入、熱処理、シリコン酸化膜102の除去とい
う専用工程が必要不可欠であった。
【0019】このため、工程が非常に煩雑になり、製造
コストが増大するという問題が発生していた。しかも、
埋め込みN−層103とコレクタ層120との間の重ね
あわせを高い精度で行う必要があり、コレクタ層120
の両側に水平方向に2μm程度の寸法マージンを確保し
て埋め込みN−層103を形成しておく必要があった。
コレクタ層120の直下に埋め込みN−層103が形成
されていないと、コレクタ層120をP型シリコン半導
体基板101から電気的に分離できないためである。こ
のため、縦型PNPバイポーラトランジスタの面積が拡
大してしまうことを避けることができなかった。
【0020】以上説明したように、従来の半導体装置で
は、縦型PNPバイポーラトランジスタの形成領域に、
他の領域とは異なる埋め込みN−層103を形成する必
要があり、工程が煩雑となり製造コストの増大を招来し
ていた。また、埋め込みN−層103とコレクタ層12
0の間の位置合わせを確実に行う必要があり、寸法マー
ジンを確保するために、縦型PNPバイポーラトランジ
スタの形成領域が拡大してしまうという問題が生じてい
た。
【0021】この発明は上述のような問題を解決するた
めに成されたもので、縦型PNPバイポーラトランジス
タを備えた半導体装置において、煩雑な工程を経ること
なく基板電位からコレクタ層を分離することを可能と
し、製造コストを低減させるとともに微細化を達成する
ことのできる半導体装置及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された高濃度
のN型埋め込み層と、前記N型埋め込み層の上に前記N
型埋め込み層と連続して形成されたP型拡散層と、前記
P型拡散層をコレクタ層として前記半導体基板に形成さ
れたPNPバイポーラトランジスタとを備えたものであ
る。
【0023】また、前記P型拡散層の不純物の拡散定数
が前記N型埋め込み層の不純物の拡散定数よりも大きい
ものである。
【0024】また、前記半導体基板の前記N型埋め込み
層上に形成されたNPNバイポーラトランジスタを更に
備えたものである。
【0025】また、前記半導体基板における複数の素子
領域を電気的に分離する分離拡散層を備え、前記P型拡
散層が前記分離拡散層の下部と同一の層として形成され
ているものである。
【0026】また、前記半導体基板における複数の素子
領域を電気的に分離するトレンチ素子分離を備えたもの
である。
【0027】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、半導体基板にN型の不純物を導入して第1の不純物
拡散層を形成する第1の工程と、前記第1の不純物拡散
層を形成した領域にP型の不純物を導入する第2の工程
と、前記第1の不純物拡散層上を含む前記半導体基板上
にエピタキシャル層を成長させて、前記第1の不純物拡
散層を埋め込む第3の工程と、熱処理を施して前記P型
の不純物を前記第1の不純物拡散層上に拡散させて、前
記第1の不純物拡散層上に前記P型の不純物から成る第
2の不純物拡散層を形成する第4の工程と、前記第1の
不純物拡散層上に前記第2の不純物拡散層をコレクタ層
とするPNPバイポーラトランジスタを形成する第5の
工程とを有するものである。
【0028】また、前記P型の不純物の拡散定数が前記
N型の不純物の拡散定数よりも大きいものである。
【0029】また、前記第2の工程において、前記P型
の不純物を前記第1の不純物拡散層が形成されていない
領域を含めて導入し、前記第4の工程において、前記第
2の不純物拡散層を形成するともに、前記第1の不純物
拡散層が形成されていない領域に素子領域間を分離する
分離拡散層の少なくとも一部を形成するものである。
【0030】また、前記第5の工程後、前記エピタキシ
ャル層の表面から前記第1の不純物拡散層まで到達する
トレンチ素子分離を形成する第6の工程を更に有するも
のである。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1はこの発明の実施の形態に係
る半導体装置の構成を示す概略断面図である。この実施
の形態に係る半導体装置は、P型シリコン半導体基板1
上の埋め込みN+層3上にエピタキシャル層6が形成さ
れ、エピタキシャル層6の左右に形成された溝(トレン
チ)から成るトレンチ分離構造及び埋め込みN+層3に
よって島状に素子分離されたエピタキシャル層6に縦型
バイポーラトランジスタ(V−PNP)を形成したもの
である。
【0032】N+層3上には埋め込みP+層5が形成さ
れており、エピタキシャル層6は埋め込みN+層3上に
埋め込みP+層5を介して形成されている。この埋め込
みP+層5は、V−PNPのコレクタ層として機能す
る。この埋め込みP+層5上の一部にはコレクタ引き出
し部としてのPウェル27が形成され、更にPウェル2
7内の表面領域にはコレクタ引き出し層33が形成され
ている。
【0033】また、エピタキシャル層6の表面領域に
は、P型のエミッタ層32及びN型のベース引き出し層
18が形成されている。エミッタ層32とコレクタ層で
ある埋め込みP+層5の間のエピタキシャル層6はN型
であり、エピタキシャル層6はベース層として機能す
る。ベース引き出し層18はN型のエピタキシャル層6
に所定の電位を与える機能を有する。そして、エミッタ
層32(P)、ベース層としてのエピタキシャル層6
(N)、コレクタ層としての埋め込みP+層5(P)に
よりV−PNPが構成されている。これらのコレクタ引
き出し層33、エミッタ層32、ベース引き出し層33
のそれぞれにはアルミニウム膜21からなる電極が接続
されている。
【0034】一般に、バイポーラトランジスタ、MOS
トランジスタ等の各種素子を混載したBiCMOSなど
の半導体装置では、NPNの形成領域にはコレクタ層と
して、又はコレクタ層の抵抗値を低減させるため埋め込
みN+層3を形成し、MOSの形成領域には基板電位と
の分離のために埋め込みN+層3を形成している。
【0035】図1の半導体装置においては、埋め込みN
+層3上に埋め込みP+層5を形成しているため、コレ
クタ層としての埋め込みP+層5を埋め込みN+層3に
よって基板電位から分離することができる。特に、この
実施の形態の半導体装置においては、後述するように両
埋め込み層の拡散係数の違いを利用して、埋め込みP+
層5を埋め込みN+層3上に浮き上がらせて形成してい
るため、高濃度の埋め込みN+層3上に確実に高濃度の
埋め込みP+層5を形成することができる。従って、他
のNPN等の素子領域に形成された埋め込みN+層3を
そのまま利用してV−PNPのコレクタ層(埋め込みP
+層5)と基板電位とを分離することができる。これに
より、V−PNPの形成領域において、基板電位との分
離のためにNPN等の形成領域と異なる埋め込み層を形
成する必要がなく、工程を簡素化することが可能とな
る。
【0036】また、埋め込みN+層3はバイポーラ、M
OS等の各半導体素子に共通して設けることができるた
め、V−PNPの形成領域においては埋め込みP+層5
を形成するためのマスク合わせが不要となる。従って、
マスク合わせズレの発生により基板電位との分離の信頼
性が低下することを抑止することができる。
【0037】また、図1においては、横方向の素子分離
構造としてトレンチ分離構造を示しているが、分離拡散
を行う場合、あるいはトレンチ分離と分離拡散を併用す
る場合には、埋め込みP+層5の形成をP型の分離拡散
層(下面分離層)の形成と同時に行うことができる。従
って、V−PNP形成領域に特別な埋め込み層を形成す
ることなく、埋め込みP+層5を形成することができ、
コレクタ層としての埋め込みP+層5を埋め込みN+層
3によって確実にP型シリコン半導体基板1から分離す
ることができる。
【0038】次に、図2〜図4に基づいて、この実施の
形態の半導体装置の製造方法を説明する。図2〜図4
は、図1の半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断
面図である。以下に説明する図2〜図4の工程は、図1
に示した縦型PNPバイポーラトランジスタ(V−PN
P)の他、NPNバイポーラトランジスタ(NPN)、
NMOSトランジスタ(NMOS)、PMOSトランジ
スタ(PMOS)、ラテラルPNPトランジスタ(L−
PNP)を備えたBiCMOSの製造工程である。
【0039】先ず、図2(a)に示すように、P型シリ
コン半導体基板1上にマスクとしての所定形状のシリコ
ン酸化膜2を形成する。シリコン酸化膜2を形成した領
域は、その後の工程で基板電圧印加領域Sub(分離拡
散領域)となる。その後、P型シリコン半導体基板1に
アンチモン(Sb)を加速エネルギー30KeV〜50
KeV程度、ドーズ量1×1014/cm〜5×10
14/cm程度の条件でイオン注入し、温度1000
℃〜1200℃、1〜3時間程度の熱処理を行うことに
より活性化させる。これにより、P型シリコン半導体基
板1に埋め込みN+層3が形成される。なお、アンチモ
ンの代わりに砒素(As)をイオン注入しても良い。
【0040】次に、図2(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィーにより所定領域に開口を有するレジスト膜
4を形成する。レジスト膜4の開口は、基板電圧を印加
する領域と、V−PNPの形成領域に形成される。その
後、レジスト膜4をマスクとして、ホウ素(B)を加速
エネルギー20KeV〜40KeV程度、ドーズ量1×
1014/cm〜5×1014/cm程度の条件で
イオン注入する。これにより、V−PNPの形成領域に
埋め込みP+層5を形成するとともに、基板電圧印加領
域に下面分離層としてのP型拡散層22を形成する。同
様に、隣接する半導体素子間を拡散層分離する領域に
は、P型拡散層22と同様の拡散層を下面分離層として
形成する。
【0041】次に、図2(c)に示すように、エピタキ
シャル成長を行い、P型シリコン半導体基板1上の全面
に膜厚1μm〜3μm程度、比抵抗0.3〜2Ω・cm
程度のN型のエピタキシャル層6を成長させる。
【0042】次に、TEOS(tetraethylorthosilicat
e)膜(不図示)を形成し、フォトリソグラフィー及び
これに続くドライエッチングによりTEOS膜をマスク
形状にパターニングする。そして、図2(d)に示すよ
うに、このTEOS膜をマスクとしてエッチングを行う
ことにより、NPN、V−PNP、L−PNPの各形成
領域の両側の境界部分に溝7を形成する。その後、ホウ
素をイオン注入することにより溝7の下層(底)に表面
反転防止層8を形成し、溝7の内壁面を表面酸化してシ
リコン酸化膜38(図2〜図4において不図示)を形成
した後、溝7を多結晶シリコン膜39で埋め込む。これ
により、これらの領域を電気的に分離するトレンチ素子
分離構造が形成される。
【0043】次に、図2(e)に示すように、いわゆる
LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法によりエ
ピタキシャル層6上にフィールド酸化膜9を形成する。
具体的には、CVD法によりエピタキシャル層6上にシ
リコン窒化膜を形成し、フォトリソグラフィー及びこれ
に続くドライエッチングによりこのシリコン窒化膜をパ
ターニングした後、フィールド酸化膜9を形成する領域
のシリコン窒化膜を除去する。その後、温度900℃〜
1200℃、時間30分〜1時間の熱処理を行うことに
より、エピタキシャル層6の表面を熱酸化してフィール
ド酸化膜9を形成する。
【0044】一方、このフィールド酸化膜9を形成する
熱処理により、V−縦型PNPの形成領域の埋め込みP
+層5が基板上下方向に拡散する。この際、埋め込みN
+層5の不純物であるホウ素は埋め込みN+層3の不純
物であるアンチモン又は砒素よりも拡散定数が大きいた
め、埋め込みN+層3の深さ位置はそのままで埋め込み
P+層5のみ上下方向に拡散する。すなわち、図2
(e)に示すように、埋め込みP+層5が埋め込みN+
層3の上に浮き上がることとなる。これにより、埋め込
みN+層3が形成された深さ近傍に位置していたP型不
純物が上下方向に拡散するため、埋め込みN+層3の直
上に高濃度の埋め込みP+層5を形成することができ
る。そして、埋め込みN+層3上の埋め込みP+層5を
V−PNPのコレクタ層として用いることが可能とな
る。また、基板電圧印加領域においてもP型拡散層22
が上下方向に拡散し、埋め込みP+層5と同一工程のイ
オン注入により形成されたP型分離拡散層(下面分離
層)も上下に拡散する。
【0045】次に、図3(a)に示すように、フォトリ
ソグラフィーによりPMOSの形成領域に開口が形成さ
れたレジスト膜10を形成する。そして、レジスト膜1
0をマスクとしてN型の不純物をイオン注入することに
より、PMOSの形成領域にNウェル12を形成する。
【0046】次に、図3(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィーにより、NMOSの形成領域、基板電圧印
加領域、V−PNPの形成領域の所定の範囲に開口を有
するレジスト膜23を形成し、このレジスト膜23をマ
スクとしてホウ素を加速エネルギー100KeV〜12
0KeV程度、ドーズ量1×1014/cm〜10×
1014/cm程度の条件でイオン注入し、温度80
0℃〜1000℃、30分〜60分程度の熱処理を行う
ことにより活性化する。これにより、NMOSの形成領
域にPウェル24を、基板電圧印加領域に上面分離層と
してのP型拡散層26を、V−PNPの形成領域のコレ
クタ引き出し部にPウェル27をそれぞれ形成する。ま
た、隣接する半導体素子間を拡散層によって電気的に分
離する領域には、P型拡散層26と同様の拡散層を上面
分離層として形成する。上面分離層(P型拡散層26)
は先に形成した下面分離層(P型拡散層22)上に形成
され、一体のP型分離拡散層として機能する。
【0047】次に、図3(c)に示すように、NMOS
の形成領域、PMOSの形成領域のにゲート酸化膜を介
してゲート電極14を形成する。また、NPNの形成領
域の所定範囲を覆うように外部ベースと接続される電極
28を形成する。
【0048】次に、図3(d)に示すように、NPNの
形成領域、NMOSの形成領域、縦型V−PNPの形成
領域及びL−PNPの形成領域の所定範囲がそれぞれ開
口したレジスト膜15を形成する。そして、レジスト膜
15をマスクとして砒素(As)を加速エネルギー20
KeV〜50KeV程度、ドーズ量3×1014/cm
〜5×1015/cm程度の条件でイオン注入し、
温度800℃〜900℃、時間30分〜60分程度の熱
処理を行うことにより活性化させる。これにより、NP
Nのコレクタ層16、NMOSのソース/ドレイン拡散
層17、V−PNPのベース引き出し層18、L−PN
Pのベース引き出し層19をそれぞれ形成する。
【0049】次に、図4(a)に示すように、NPNの
形成領域、PMOSの形成領域、基板電圧印加領域、V
−PNPの形成領域及びL−PNPの形成領域の所定範
囲がそれぞれ開口したレジスト膜40を形成する。そし
て、ホウ素又はフッ化ホウ素(BF)を加速エネルギ
ー10KeV〜50KeV程度、ドーズ量3×10
/cm〜5×1015/cm程度の条件でイオン注
入し、NPNの形成領域の外部ベースと接続される電極
28を低抵抗化する。また、PMOSの形成領域にP型
のソース/ドレイン拡散層30を、基板電圧印加領域に
P型拡散層31を、V−PNPの形成領域にエミッタ層
32及びコレクタ引き出し層33を、L−PNPの形成
領域にエミッタ層34及びコレクタ層35をそれぞれ形
成する。
【0050】次に、図4(b)に示すように、P型シリ
コン半導体基板1上の全面にシリコン酸化膜36、シリ
コン酸化膜37を順次形成した後、フォトリソグラフィ
ー及びこれに続くドライエッチングにより、NPNの形
成領域のベース領域を開口する。その後、シリコン酸化
膜36,37をマスクとしてフッ化ホウ素のイオン注入
を行うことにより、NPN形成領域にベース層41を形
成する。
【0051】次に、図4(c)に示すように、ベース領
域にサイドウォールを形成し、エミッタ引き出し電極と
なるポリシリコン(厚さ1500〜2000Å)を形成
する。次に、砒素(As)を全面に加速エネルギー40
KeV,ドーズ量5×10 /cm〜1.6×10
16/cm(5E15〜1.6E16)注入し、パタ
ーンニング後、熱処理を加えることでエミッタ層42を
形成する。
【0052】次に、全面に層間絶縁膜20を形成し、フ
ォトリソグラフィー及びこれに続くドライエッチングに
より、層間絶縁膜20にコンタクトホールを開口する。
その後、スパッタ法によりアルミニウム膜21を形成
し、フォトリソグラフィー及びこれに続くドライエッチ
ングによりアルミニウム膜21を所定形状にパターニン
グする。これにより、図4(d)に示すようなNPN、
NMOS、PMOS、V−PNP、L−PNPを混載し
た半導体装置を形成する。
【0053】上記工程においては、埋め込みP+層5の
不純物として、埋め込みN+層3の不純物であるアンチ
モンよりも拡散定数の大きいホウ素をイオン注入してい
るため、アンチモン及びホウ素をイオン注入した後、熱
処理を行うことにより、拡散定数の違いにより埋め込み
N+層3上に埋め込みP+層3を形成することができ
る。
【0054】図5は、埋め込みP+層5を形成する際の
P型シリコン半導体基板1上の各層の積層状態と、最上
層の表面からの深さ位置における不純物濃度を示す模式
図である。ここで、図5(a)はP型シリコン半導体基
板1に図2(a)及び図2(b)の工程によりアンチモ
ン(Sb)及びホウ素(B)をイオン注入した状態を示
している。また、図5(b)は、図2(d)の工程によ
りエピタキシャル層6を成長させた後、図2(e)の工
程によりフィールド酸化膜9の形成とともに熱処理を行
った後の状態を示している。
【0055】図5(a)に示すように、図2(a)及び
図2(b)のイオン注入の条件でアンチモン、ホウ素を
イオン注入した直後においては、アンチモン、ホウ素の
深さ方向の濃度ピークはほぼ同じ深さに位置している。
【0056】エピタキシャル層6を形成して熱処理を行
った後においては、図5(b)に示すように、拡散定数
の小さいアンチモンは深さ方向に大きく拡散することは
なく、当初イオン注入された深さ位置近傍に埋め込みN
+層3を形成する。一方、アンチモンよりも拡散定数の
大きいホウ素は上下方向に拡散し、埋め込みN+層3の
上下に埋め込みP+層3を形成する。これにより、埋め
込みN+層3上に埋め込みN+層3と密着した埋め込み
P+層5を形成することができる。
【0057】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、埋め込みP+層5のP型不純物として埋め込みN
+層3の不純物よりも拡散定数の大きな不純物を用いた
ため、各トランジスタの形成領域に共通する高濃度の埋
め込みN+層3を形成した後、埋め込みP+層5の不純
物を熱拡散させることにより、埋め込みN+層3上に確
実に埋め込みP+層5を形成することができる。これに
より、縦型バイポーラトランジスタの形成領域において
特別な埋め込み層、例えば専用の埋め込みN−層を設け
ることなく、コレクタ層を基板電位から分離することが
可能となる。従って、簡素な工程でNPNバイポーラト
ランジスタ、MOSトランジスタ等の各種素子を混載し
たBiCMOS等の半導体装置を製造することができ
る。
【0058】また、これらの各種素子を形成した領域に
一様に埋め込みN+層3を形成した後、特別なマスク合
わせをすることなく埋め込みN+層3上に埋め込みP+
層5を形成することができるため、縦型PNPバイポー
ラトランジスタの形成領域がマスク合わせのために拡大
してしまうことを抑止することができ、更なる装置の微
細化を達成することができる。
【0059】更に、埋め込みP+層5の形成とともに各
トランジスタの形成領域を分離する分離拡散層の下面分
離層(P型拡散層22)を形成することが可能となる。
これにより、特に分離拡散により素子分離を行うバイポ
ーラ集積回路における工程数の削減を達成することがで
き、コストの低減を図ることができる。また、トレンチ
分離を併用することにより、素子分離の信頼性の更なる
向上を達成することができる。
【0060】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。
【0061】所定の素子領域に縦型PNPバイポーラト
ランジスタが形成された半導体装置において、高濃度の
N型埋め込み層上に密着するようにP型のコレクタ層を
形成したことにより、N型埋め込み層によってコレクタ
層を基板電位から確実に分離することができる。また、
N型埋め込み層上にP型のコレクタ層を形成することに
より、特別なマスクあわせ工程を経ることなくP型のコ
レクタ層を形成することができ、装置の更なる微細化を
達成することができる。
【0062】コレクタ層の不純物の拡散定数をN型埋め
込み層の不純物の拡散定数よりも大きくしたことによ
り、N型埋め込み層の不純物とコレクタ層の不純物を導
入した後の熱処理により、N型埋め込み層上にコレクタ
層の不純物を拡散させることができる。これにより、確
実にN型埋め込み層上にコレクタ層を形成することがで
きる。
【0063】PNPバイポーラトランジスタの形成領域
以外の素子領域に共通して設けたN型埋め込み層を、N
PNバイポーラトランジスタのコレクタ層として、ある
いは基板電位との分離のために用いることができる。従
って、PNPバイポーラトランジスタとNPNバイポー
ラトランジスタ等の他の素子とを混載した半導体装置に
おいて、製造工程を簡素化することが可能となり、製造
コストを低減させることができる。
【0064】素子領域を電気的に分離する分離拡散層を
備え、コレクタ層を少なくとも前記分離拡散層の下部と
同一層として形成したことにより、分離拡散層の形成と
ともにコレクタ層を形成することができ、工程を簡素化
するとともにコストを低減することができる。
【0065】素子領域を電気的に分離するトレンチ素子
分離を更に設けることにより、各素子領域間の分離をよ
り確実に行うことが可能となり、信頼性を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態に係る半導体装置を示
す概略断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図3】 図2に続いて、この発明の実施の形態に係る
半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図であ
る。
【図4】 図3に続いて、この発明の実施の形態に係る
半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図であ
る。
【図5】 熱処理前と熱処理後における、ホウ素とアン
チモンの不純物濃度と深さ位置の関係を示す模式図であ
る。
【図6】 従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【図7】 従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【図8】 従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン半導体基板、 2,36,37,38
シリコン酸化膜、3 埋め込みN+層、 4 レジス
ト膜、 5 埋め込みP+層、 6 エピタキシャル
層、 7 溝、 8 表面反転防止層、 9 フィール
ド酸化膜、 10,15,23,40 レジスト膜、
12 Nウェル、 14 ゲート電極、16 コレクタ
層、 17,30 ソース/ドレイン拡散層、 18,
19ベース引き出し層、 20 層間絶縁膜、 21
アルミニウム膜、 22 P型拡散層、 24 Pウェ
ル、 26 P型拡散層、 27 Pウェル、 28絶
縁膜、 29 外部ベース層、 31 P型拡散層、
32,34 エミッタ層、 33 コレクタ引き出し
層、 35 コレクタ層、 39 多結晶シリコン膜、
41 ベース層、 42 エミッタ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8249 H01L 21/76 J 27/06 27/082 29/732 Fターム(参考) 5F003 BA25 BA27 BA93 BA97 BC02 BC08 BC90 BE07 BG03 BJ03 BJ15 BP08 BP24 BP31 5F032 AA45 AA47 AA77 AC01 BA01 CA01 CA17 CA18 DA13 5F048 AA09 AA10 AC05 BA05 BA13 BB05 BD09 BG12 BH07 CA03 CA07 CA14 CA15 5F082 AA40 BA04 BA07 BA12 BA13 BA21 BA41 BC03 BC04 BC09 EA09 EA26

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板に形成された高濃度のN型埋め込み層
    と、 前記N型埋め込み層の上に前記N型埋め込み層と連続し
    て形成されたP型拡散層と、 前記P型拡散層をコレクタ層として前記半導体基板に形
    成されたPNPバイポーラトランジスタとを備えたこと
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記P型拡散層の不純物の拡散定数が前
    記N型埋め込み層の不純物の拡散定数よりも大きいこと
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体基板の前記N型埋め込み層上
    に形成されたNPNバイポーラトランジスタを更に備え
    たことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体基板における複数の素子領域
    を電気的に分離する分離拡散層を備え、 前記P型拡散層が前記分離拡散層の下部と同一の層とし
    て形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいず
    れかに記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体基板における複数の素子領域
    を電気的に分離するトレンチ素子分離を備えたことを特
    徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 半導体基板にN型の不純物を導入して第
    1の不純物拡散層を形成する第1の工程と、 前記第1の不純物拡散層を形成した領域にP型の不純物
    を導入する第2の工程と、 前記第1の不純物拡散層上を含む前記半導体基板上にエ
    ピタキシャル層を成長させて、前記第1の不純物拡散層
    を埋め込む第3の工程と、 熱処理を施して前記P型の不純物を前記第1の不純物拡
    散層上に拡散させて、前記第1の不純物拡散層上に前記
    P型の不純物から成る第2の不純物拡散層を形成する第
    4の工程と、 前記第1の不純物拡散層上に前記第2の不純物拡散層を
    コレクタ層とするPNPバイポーラトランジスタを形成
    する第5の工程とを有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記P型の不純物の拡散定数が前記N型
    の不純物の拡散定数よりも大きいことを特徴とする請求
    項6記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記第2の工程において、前記P型の不
    純物を前記第1の不純物拡散層が形成されていない領域
    を含めて導入し、 前記第4の工程において、前記第2の不純物拡散層を形
    成するともに、前記第1の不純物拡散層が形成されてい
    ない領域に素子領域間を分離する分離拡散層の少なくと
    も一部を形成することを特徴とする請求項6又は7記載
    の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第5の工程後、前記エピタキシャル
    層の表面から前記第1の不純物拡散層まで到達するトレ
    ンチ素子分離を形成する第6の工程を更に有することを
    特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の半導体装置
    の製造方法。
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