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JPS60194558A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Publication number
JPS60194558A
JPS60194558A JP59049060A JP4906084A JPS60194558A JP S60194558 A JPS60194558 A JP S60194558A JP 59049060 A JP59049060 A JP 59049060A JP 4906084 A JP4906084 A JP 4906084A JP S60194558 A JPS60194558 A JP S60194558A
Authority
JP
Japan
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type
layer
transistor
region
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59049060A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Kudo
聡 工藤
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59049060A priority Critical patent/JPS60194558A/ja
Priority to GB08502350A priority patent/GB2156583B/en
Priority to KR1019850001290A priority patent/KR850006775A/ko
Priority to US06/712,761 priority patent/US4641419A/en
Publication of JPS60194558A publication Critical patent/JPS60194558A/ja
Priority to HK416/90A priority patent/HK41690A/xx
Pending legal-status Critical Current

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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】 〔技術分、野〕 本発明は半導体装置の製造法、特にアイソブレーナ技術
を利用した縦形pnp)ランジスタ製造技術に関する。
〔背景技術〕
半導体基体表面に微細化されたnpn)ランジスタやp
npトランジスタを形成するにあたって、npn)ラン
ジスタの場合は、エピタキシャルn型層をアイソプレー
ナ技術により分離した薄い半導体領域に縦方向にn層p
層n層を父互に形成することによりfTを向上(例えば
100 MHz )することができるが、pnp トラ
ンジスタの場合は、1979、コロナ社発行、集積回路
工学(1)165〜168頁に記載されているようにエ
ピタキシャルn型層をそのまま使って横方向にp型層を
ならべる横形形式をとるのが普通であり、高fTを得る
ことは下記の理由により困難である。すなわち横形のp
nl))ランジスタは通常ホトレジストマスクを通して
p型拡散を行って形成しているが、横方向への拡散があ
るためベース幅を小さくとることには限界があり、特に
微小化する場合、無効ベース電流が多くなりfTは25
MHzが限界である。
〔発明の目的〕
本発明は上記した問題を解決したものであって、その目
的とするところは、アイソプレーナ技術や溝アイソレー
ション技術を利用することにより、プロセスを増加させ
ることなく、高いfTをもち素子面積の小さい縦形pn
p )ランジスタの製造技術の提供にある。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、シリコン半導体基体表面にアイソブレーナ酸
化膜により分離されたn型シリコン層を形成して縦形p
np トランジスタを形成するにあたり、上記アイソブ
レーナ酸化膜直下にチャネルストッパ形成のためのp型
拡散層形成のためのp型拡散工程を利用して上記n型シ
リコン層の底部にp型埋込層を埋めこみ、このp型埋込
層に接続する第1のp型領域とn型シリコン層表面の一
部に形成しコレクタとするとともに、p型埋込層に対向
するように第2のp型領域をn型シリコン層の表面の他
の一部に形成してエミッタとすることにより、上記n型
シリコン層をベースとする高fTの縦形pnpトランジ
スタが得られ、前記目的を達成できる。
〔実施例1〕 第1図乃至第9図は一つの半導体基体をアイソブレーナ
分離し縦形のpnpトランジスタとnpnトランジスタ
を形成する場合の本発明の一実施例を示すものであって
、半導体装置の製造プロセスの工程断面図である。以下
、各工程に従って詳述する。
(1)第1図に示すように高比抵抗p−型Si (シリ
コン)基板(サブストレート)1を用意し、ホトレジス
ト処理により部分窓開した酸化膜(SjOつ)2を通し
て、ドナ不純物、たとえばsb (アンチモン)をイオ
ン打込み法によって基板内に導入し、拡散してn+型埋
込層3a 、3bを形成する。
(2] 第2図に示すように新たにホトレジスト処理し
た酸化膜4を通してアクセプタ不純物のB(ポロン)を
イオン打込み法により基板内に導入し、拡散してチャネ
ルストッパとなる部分にp型拡散層5を形成するととも
に、n+型埋込層3aの表面の一部にp型埋込層6を形
成する。なお、上記n+型埋込層3a、3b、p型埋込
層6等は同じアニール工程で拡散されるものである。
(3) 表面に第3図に示すように形成したホトレジス
トマスク7を通してBをイオン打込みし、p型埋込層6
の一部及びストッパ部のp型層5に重ねて高濃度のp+
型埋込層8を形成する。このあと表面の酸化膜4ホトレ
ジストマスク7を取り除く。
(4)全面に低濃度P(リン)をドープしたSi(シリ
コン)をエピタキシャル成長させて厚さ1〜2μmのn
−型Si層9を形成し、第4図に示すよ5に前記n+型
埋込層、p+型埋込層を一部上方\拡散させながら埋め
込む。次いでn−型Si層の表面酸化膜(10)又はホ
トレジストをマスクとしてP(リン)をイオン打込み法
によりn−型Si層9に導入し、拡散してn型ウェル1
1a。
11bを埋込層に達するように形成する。
(5)第5図に示すように表面に新たに形成した酸化膜
(5ift ) 1’2及び窒化膜(5rsNi )i
 3の一部をエッチし、これをマスクとしてSi層9を
異方性エッチして溝14をチャネルストッパp型層5の
上方位置にあける。この異方性エッチは基板の結晶面を
選び、アルカリエッチ液を使用することにより急峻な側
面をもつ溝14を得る。
(6) 上記窒化膜13を耐酸化マスクとして第6図に
示すようにシリコンの選択酸化を行い、上記溝部分にア
イソレーション酸化膜15を形成する。
このアイソレーション酸化膜15とp型層5とによって
互いに電気的に分離された領域9a 、 9bのうち、
9aはpnp)ランジスタを形成するための領域となり
、9bはnpn)ランジスタを形成するための領域とな
る。
(7) 窒化膜を取り除き、第7図に示すように表面に
形成したホトレジストマスク16により酸化膜12の一
部を窓開してB(ボロン)をイオン打込み拡散すること
により、領域9aの表面の一部にp型層17.p型層1
8を形成すると同時に領域9bの表面の一部にp型層1
9を形成する。このうちp型層17はpnp)ランジス
タのエミッタとなり、n型つェルllaはベース、p型
埋込層6.8はコレクタ、p型層18はコレクタ取出し
部となる。
(8) 新たに形成したホトレジストマスク20により
第8図に示すように酸化膜12の他の部分を窓開してA
s (ヒ素)等をイオン打込み法により導入し、拡散す
ることにより、領域9a表面の一部にベース取出し部と
なるn+型層21を形成すると同時に領域9bの表面の
一部にn+型層22゜n+型層23を形成する。このう
ちn型ウェル11b表面のn+型層21はnpn )ラ
ンジスタのコレクタ取出し部となり、p型層19はベー
ス、p型層19表面のn+型層23はエミッタとなる。
(9)酸化膜12表面なPSG(リンシリケートガラス
)等の絶縁膜24で覆った後、コンタクトホトエッチン
クし、アルミニウムを蒸着法(又はスパッタリングで被
着した後、アルミニウムの)(ターニングエッチを行う
ことにより第9図に示すように各領域にオーミックコン
タクトするアルミニウム電極25を配設する。同図にお
いて、電極B、、E、、C,はpnp)ランジスタのベ
ース、エミッタ、コレクタ各電極、電極Ct 、Bt 
、’E2はnpn)ランジスタのコレクタ、ベース、エ
ミッタ各電極である。
第10図は第9図における八−に切断部、すなわち縦形
1)nl))ランジスタの縦断面における不純物濃度プ
ロファイルを示すものである。
第11図は横形pnp)ランジスタの平面ノくターンを
、第11A図はそのA−N断面を示す。第12図は縦形
pnp)ランジスタの平面パターンを、第12A図はそ
の人−N断面を示す。同図、特に断面図でみられるよう
に横形トランジスタの場合はキャリヤの注入がp型拡散
層の側面接合の−狭い部分で行われるのに対し、縦形ト
ランジスタの場合はp型拡散層の平面接合の広〜1部分
で有効に行われるからコレクタ電流を充分に大きくとる
ことができる。このことは充放電時間を減少し高fTが
実現でき、たとえばfTユ100 MHz程度とできる
また、ここで注目すべきことは、n型ウェル11aを入
れることにより、縦型pnp)ランジスタ、ベース幅W
Bを精確に決定しているということである。すなわち、
第11図においては、ベース幅WBはマスク合せ精度、
ホトレジスト加工精度等により大きく左右され、トラン
ジスタの性能が太きくばらつくのに対し、第12図にお
いてはn型つェルllaにより、p型埋込層6とエミッ
タp型層17の距離であるベース幅を精度よく決定する
ことができるのである。たとえば、p型埋込層6が必要
以上に拡散されても、n型ウェル11aにより、不必要
な部分は相殺され、必要なベース幅WBだけを残すこと
ができる。ベース幅WBを小さくて一定にできるため、
電流増幅率hfeを太きくしかも均一にできる。また、
ベース幅WBはn型つェルllaの不純物濃度を決定す
れば決まるため、任意の大きさに決定できる。すなわち
、ベース幅WBを小さくできるため、遮断周波数fTを
高くできる。また、このn型ウェル11aは、コレクタ
取出しp型層18と、エミッタp型層17の接触をも防
止している。これにより再現性よく、特性の均一な、し
かも高性能な縦型pnp )ランジスタを形成すること
ができる。
また、第11図であられされる横形pnp)ランジスタ
の素子サイズと第12図に示される縦型pnp )ラン
ジスタの素子サイズとを比較した場合、本発明者の計算
によれば、縦型pnp )シンジスタのサイズは、横型
pnp)ランジスタサイズの約0.42倍にできる。
まr′、実用面で考えた場合本発明による縦型トランジ
スタを用いれば電流増幅率hfeが太きいため、利点が
ある。たとえば、第20図定電流回路(カレントミラー
回路)を例に取った場合について説明す。
2個のpnp)ランジスタQ+−Qhのエミッタ端子E
、、E、は電源電圧■。Cに接続されている。一方、各
ベース端子B、、B、は接続され、さらに配線Xにより
トランジスタQ、のコレクタ端子に接続されている。各
トランジスタの電流増幅率をhfeとすれば、■BQI
 ”” よりQ2 ” IB l■o−■8×hfeで
あることより、■in ” ’CQI+2I、I。ut
 ” ■BQ2 ×hfe とできる。
QI カレントミラ比Cは、 としてあられされる。このカレントミラ比Cは、理想的
には1であることが望しい。[11式にみられるように
カレントミラ比は増幅率hfeに依存する。
すなわち、h(e= 10 の場合、カレントミラ比C
は、C= 1.2となるのに対し、本発明の縦型1)n
p)ランジスタのように、hfe−100である場合は
、カレントミラーCは、C=1.02となり、理想に近
い値となる。
すなわち、本発明の縦型pnp)ランジスタを定電流回
路に使用すれば、すぐれたカレントミラ比を持った回路
が得られる。
〔効 果〕
実施例1で述べた本発明によれば下記のように効果がも
たらされる。
(1) アイソプレーナ技術におけるチャネルストッパ
のためのp型拡散工程を利用することにより縦形pnp
 )ランジスタのコレクタとなるp型埋込層6を特に新
たな拡散工程を加えることなく形成できる。
121pnp)ランジスタのエミッタとなるp型層17
及びコレクタ取出し部となるp型層18はnpn)ラン
ジスタのベース口型拡散工程をそのまま利用することが
できる。
f31pnp)ランジスタが縦形であることにより、コ
レクタ電流が同じ寸法の横形pnp)?ンジスタに比し
て大きくとることができる。
(4) 上記t31より横形pnl))ランジスタでは
十分な駆動電流を得るため並列接続して使用する必要が
あるが、縦形pnp)ランジスタでは第21図に示すよ
うにhfeがよいため単独使用が可能である。
151 縦形pnp)ランジスタは横形npn)ランジ
スタに比してセルサイズを小さくとることができ、面積
をたとえば1/2に減縮することが可能である。このこ
とは第11図に示した横形pnpトランジスタ平面パタ
ーンと第12図に示した縦形pnp)ランジスタの平面
パターンを対照すれば明らかである。
+61 n型ウェル層を形成することによりコレクタと
なるp型埋込層6及びコレクタ取出し部18及びこれに
接続するp+型埋込層8がエミッタとなるp型層との接
触を避けることができる。
+71 +61により、縦形pnp )ランジスタのベ
ース幅WBを高精度に制御でき、高性能なトランジスタ
を再現性よく形成することができる。
(8) 縦形pnp)ランジスタを使用することにより
回路構成が容易となる。pnp )ランジスタを相補的
に使うカレントミラー回路ではhfeを依存性が太き(
、hfeが小さいときカレントミラー比が低下するが、
本発明の縦形pnp )ランジスタではhfeが高いた
め十分なカレントミラー比が得られる。
(91縦型pnp)ランジスタの動作領域は基板内部に
あることより、界面イオンの影響を受けないことより、
雑音指数(NF♀が向上する。
〔実施例2〕 第13図は一つの半導体基体を溝により分離し、縦形の
pnp)ランジスタ、縦形のnpn)ランジスタ及びI
 IL(注入集積論理)を形成する場合の本発明の一実
施例を示すものであって、半導体装置の完成時の形態の
断面図である。
1は共通のp−型St基板である。3a 、 3b 。
3cはn+型埋込層である。6はp型埋込層、8はp+
型埋込層でこれらはアイソレーション部(チャネルスト
ッパ)p型層5と同じ工程で形成される。
14はアイソレーション用溝でこれはアイソブレーナプ
ロセスの溝形成と同様にしてあげることができる。なお
、この実施例2ではnpn )ランジスタのコレクタ取
出し部(n’+型層22)を形成する部分に溝5を延長
して広く形成してあり、このことにより、コレクタ取出
しn+型拡散を深くしなくてすむ。縦形pnp トラン
ジスタを構成するエミッタp型層17.コレクタ取出し
p型層18はlIl形npnトランジスタのベースp型
拡散層19と同時に形成する。pnp)ランジスタのベ
ース取出し部n+型層21はnpn)ランジスタのエミ
ッタn+型拡散層23、コレクタ取出し部22と同時に
形成する。
IIL部において、インジェクタp型層2G。
インバースnpn)ランジスタのベースp型層27はn
pn )ランジスタのベースp型拡散と同時に形成する
。インバースnpn)ランジスタのマルチコレクタ28
はnpn)ランジスタのエミッタn+型拡散と同時に形
成する。
実施例2で示される半導体装置における効果は実施例1
で述べた場合と同様であり、さらに溝を用いたアイソレ
ーション構造の場合、そしてIILを共存させる場合に
も本発明は同様に有効であることを示すものである。
〔実施例3〕 第14図乃至第19図は一つの半導体基体に一部ショノ
トギバリア電極で構成される縦形pnpトランジスタと
npn )ランジスタとを形成する場合の本発明の一実
施例を示す半導体装置製造プロセスの要部工程断面図で
ある。
fil 第14図はp−型Si 基板1上にn+型埋込
層3a、3b、p型埋込層6,8、アイソレーションp
+型層5及びエピタキシャルn−m5ii9を形成した
状態を示す。(実施例1の11)〜(4)を参照) (2)酸化膜12.窒化膜13をマスクに第15図に示
すように溝5をあける。この溝5のうち一部の溝5aは
pnp )ランジスタのベース分離用溝となり、溝5b
はnpn)ランジスタのコレクタ分離用の溝としてあげ
られ、他の溝5cはアイソレーション(素子分離)用溝
としてあげられる。
(3) 上記窒化膜13をマスクとして選択酸化を行い
、第16図に示すように溝内にアイソレーション酸化膜
15を形成し、pnp )ランジスタ形成のための領域
9aとnpn )ランジスタ形成のための領域9bを分
離する。
(4) 窒化膜13を取り除き、酸化膜12の一部を窓
開してP(リン)をイオン打込み法により導入し拡散す
ることにより、第17図に示すようにpnp トランジ
スタのベース取出しp+型層21及びnpn トランジ
スタのコレクタ取出しn+型層22を形成する。これら
はn+型埋込層3a。
3bを介してペースn−型領域9a、コレクタn−型領
域9bに接続されている。
(5J 酸化膜12の一部を窓開し、B(ボロン)イオ
ン打込み法により導入し、拡散することにより、第18
図に示すようにpnp )ランジスタのエミッタp型層
17をp+型埋込層8に接続するように形成し、同時に
npn ):tンジスタベースp型層19を形成する。
+61g19図に示すようにnpn)ランジスタのベー
スp型層19の表面の一部K Asイオンをイオン打込
み法により導入し拡散してエミッタn+型層23を形成
する。このエミッタ拡散と同時にpnpトランジスタの
ベース取出しr+型層21、npnトランジスタのコレ
クタ取出しn九°型層220表面抵抗を下げるn+型拡
散を行ってもよい。
さいごにコンタクトホトエツチングしてアルミニウムを
スパッタリング法により被着させ、バターニングエッチ
を行なってアルミニウム電極25を形成する。このうち
、pnp)ランジスタのn−型Si層9a表面に直接に
アルミニウムを470℃で合金させることにより、ここ
にショットキバリアメタルが形成される。一方、n+型
層21に接触する電極はベース電極B、となり、エミッ
タp型層17に接触する電極はエミッタ電極となり、S
BDをコレクタ部とするpnp )ランジスタが完成す
る。
〔効 果〕
(1) 縦形構造であるため縦方向成分をコレクタ電流
として利用でき、同一■BEに対して動作時定数τ、を
小さくでき遮断周波数fT を大きくすることができる
(2) コレクタ半導体領域の代りにショットキバリア
メタルにより置換されているためのショットキバリアメ
タルからベース領域への少数キャリア注入が実質的に無
視できるようになり、スイッチング速度の低下が生じな
い。
(31通常の横形pnp )ランジスタに比して素子面
積を小さくできる。
(4) 上記[11〜(3)よりpnp )ランジスタ
、npnトランジスタによる相補回路、特に高周波回路
に利用すれば効果が大である。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
〔利用分野〕
本発明はリニアIC,デジタルIC,全般に適用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第9図は本発明の一実施例を示す半導体装置
製造プロセスの工程断面図である。 第10図第9図におけるA−N断面部に対応する不純物
濃度分布曲線図である。 第11図及び第12図は在来の横形1)nl))ランジ
スタと本発明の縦形pnp)ランジスタのパターンを対
比する平面図、第11A図及び第12A図は第11図、
第12図におけるA−N断面図である。 第13図は本発明の他の実施例を示す半導体装置完成時
の縦断面図である。 第14図乃至第19図は本発明の他の一実施例を示す半
導体装置製造プロセスの要部工程断面図である。 第20図はpnp )ランジスタを使用したカレントミ
ラー回路図である。 第21図は横形pnp)ランジスタと縦形pnpトラン
ジスタのhfe−コレクタ電流曲線図である。 1 ・= 1)−型Si基板、2・・・酸化膜、3a、
3b・・・n+型埋込層、4・・・酸化膜、訃・・p型
拡散層(チャネルストッパ)、6・・・p型埋込層、7
・・ホトレジストマスク、8・・p+型埋込層、9・・
・エピタキシャルn−型Si層、10・・・酸化膜、l
la。 11b・・・n型ウェル、12・・・酸化膜、13・・
・窒化膜、工4・・・溝、15・・アイソレーション酸
化膜、16・・・ホトレジストマスク、17・・・エミ
ッタp型層、18・・・コレクタ取出しp型層、19・
・・ベースp型層、20・・・ホトレジスト膜、21・
・・ペース取出しn+型層、22・・・コレクタ取出し
n+型層、23・・・エミッタn+型層、24・・・P
SG膜、25・・・アルミニウム電極、26・・・イン
ジェクタp型層、27・・・ベースpm層、28・・・
マルチコレクタn+型層。 第11図 L−P7LP 1!3 第11A図 第12図 V−P7LP77β5 第12A図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、#導体基体表面罠半導体酸化膜又は溝により分離さ
    れたn型半導体領域を形成し、このn型半導体領域をベ
    ースとする縦形pnp )ランジスタを形成するにあた
    って、上記半導体酸化膜又は溝の直下にチャネルストッ
    パとしてのp型層形成のためのp型拡散を利用して上記
    n型半導体領域の底部にp型埋込層を埋めこみ、このp
    型埋込層に接続する第1のp型頭域をn型半導体領域表
    面の一部に形成してコレクタとするとともに、p型埋込
    層に対向するように第2のp型頭域をn型半導体領域の
    表面の他の一部に形成してエミッタとすることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。 2、 上記半導体基体の他のn型半導体領域にnpnト
    ランジスタを形成し、そのベースp型拡散工程を利用し
    てpnp)ランジスタのエミッタのためのp型頭域及び
    コレクタ取出しのためのp型頭域を形成する特許請求の
    範囲第1項に記載の半導体装置の製造法。 8、半導体基体表面に半導体酸化膜又は溝により分離さ
    れたn型半導体領域を形成し、このn型半導体領域をペ
    ースとする縦形pnp)ランジスタを形成するにあたっ
    て、上記半導体酸化膜又しま溝の直下にチャネルストツ
    ノく形成のためのp型拡散を利用して上記!l型半導体
    領域の底部にp型埋込層をつくり、このp型埋込層に接
    続するp型頭域をn型半導体領域表面の一部に形成して
    エミッタとするとともに、p型埋込層に対向するn型半
    導体領域表面の他の一部にショットキノ(リア電極をコ
    レクタとして形成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。 4、同じ半導体基体の他のn型半導体領域にlpnトラ
    ンジスタを形成し、そのベースp型拡散工程を利用して
    pnp)ランジスタのエミッタ取出しのためのp型頭域
    を形成する特許請求の範囲第3項に記載の半導体装置の
    製造方法。
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