JPH038582B2 - - Google Patents

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JPH038582B2
JPH038582B2 JP57001706A JP170682A JPH038582B2 JP H038582 B2 JPH038582 B2 JP H038582B2 JP 57001706 A JP57001706 A JP 57001706A JP 170682 A JP170682 A JP 170682A JP H038582 B2 JPH038582 B2 JP H038582B2
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JP
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polycrystalline silicon
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mask layer
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JP57001706A
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Akira Kawakatsu
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Bipolar Transistors (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。
バイポーラ型半導体集積回路の製造において、
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低消費電力化
および高速動作を可能にする。
上記の目的のため、通常電極金属の微細加工限
度とマスク合せ余裕とによつて規定されるトラン
ジスタのベース面積を多結晶シリコンを用いて電
極を取り出すことによつてさらに著しく縮小させ
る技術が近年相次いで提案されており、その一例
を第1図に示す。
第1図は前述のように、多結晶シリコンを使用
した自己整合技術によつて電極を取り出し、さら
に多結晶シリコンを抵抗として使用して寄生容量
を低減させているものであり、その製造工程を以
下順を追つて説明する。
まず、公知の技術によつて、P型基板にN+
込拡散を施し、N-型エピタキシヤル層育成、酸
化膜分離工程を経て、コレクタ抵抗低減用のN+
デイープコレクタ領域を、上記N+埋込層に到達
するまで拡散した後の状態を第1図Aに示す。
すなわち、第1図Aにおいて、1はP-型シリ
コン基板、2はN+型埋込拡散層、3はコレクタ
となるN-型エピタキシヤル層、4は素子分離シ
リコン酸化膜、5はN+デイープコレクタ領域で
ある。
次に、第1図Bに示すように、コレクタ層3の
表面にイオン注入などの方法により、選択的にP
型不純物、たとえば、硼素を導入し、メインベー
ス層6を形成する。
続いて、メインベース層6、デイープコレクタ
領域5の表面を露出し、第1図Cに示すように、
全面に多結晶シリコン層7を育成し、さらに、そ
の多結晶シリコン層7上の所定部分、すなわち、
サイドベースおよびベース電極引出し部、エミツ
タ・コレクタ電極ならびに抵抗などの形成予定領
域に選択酸化のためのマスク層81,82,83
4を形成する。このマスク層81,82,83,84
は薄いシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層
した2層膜よりなる。
次に、選択酸化処理により、第1図Dのよう
に、マスク層81,82,83,84直下の多結晶シ
リコン層7をそれぞれ71,72,73,74として
残し、表面にマスク層を有しない多結晶シリコン
層をシリコン酸化膜9に変える。
続いて、サイドベースおよびベース電極引出し
部ならびに抵抗を形成する部分のマスク層81
4をそれぞれ除去し、その部分の多結晶シリコ
ン層71,74にイオン注入などによつて高濃度の
P型不純物、たとえば、硼素を導入し、熱酸化処
理を施す。このとき、第1図Eに示すように、多
結晶シリコン層71中のP型不純物の一部がメイ
ンベース層6中に拡散し、サイドベース領域10
となる。
引き続き、残つたマスク層82,83を除去し、
この部分の多結晶シリコン層72,73に高濃度の
N型不純物、たとえば、砒素を導入し、熱酸化処
理を施し、メインベース層6中にエミツタ領域1
1を形成する(第1図F)。同時に、サイドベー
ス領域10はさらに深く拡散される。
その後、第1図Gのように、コンタクトホール
を開窓し、金属配線121,122,123,12
,125を施して、半導体集積回路装置が完成す
る。コンタクトホールは周囲の厚いシリコン酸化
膜9により、自己整合的に開窓され、また、ベー
ス電極は多結晶シリコン層71によつて素子領域
の外部に引き出され、その上に金属配線121
接続される。
なお、エミツタ領域11の紙面に垂直方向の両
端は分離酸化膜4に接触したいわゆるウオールド
エミツタ構造をなしている。
上記の製造方法は耐圧の高いウオールドエミツ
タ構造トランジスタを容易に形成することと、多
結晶シリコンによるベース電極引出しにより、素
子面積を著しく縮小することを可能にしたすぐれ
た方法であるが、以下に列挙するごとき短所を合
わせもつている。
(1) メインベース層の形成(第1図B)からエミ
ツタ領域の形成(第1図F)までの間の熱処理
が多いため、メインベース層が深くなる。
(2) エミツタ領域上のマスク層82の除去におい
て、十分にオーバーエツチできないため、多結
晶シリコン層72とマスク層82の間にくさび状
に張り出したシリコン酸化膜(いわゆるバーズ
ビーク:bird′s beak)が残り、多結晶シリコ
ン層72の中に十分なN型不純物を供給するこ
とが困難である。
(3) 多結晶シリコン中の不純物拡散係数は単結晶
シリコン中に比べて著しく速いため、エミツタ
領域上の多結晶シリコン層72中に導入された
N型不純物は多結晶シリコン層72中に一様に
なつた後、メインベース層6に拡散し、エミツ
タ領域11を形成するが、多結晶シリコン層7
の膜厚が厚いため、高いエミツタ表面濃度が
得られない。
(4) 高不純物濃度での多結晶シリコン層の層抵抗
は膜厚に強く依存し、膜厚が薄いほど高くな
る。したがつて、2度の酸化処理によつて膜厚
が減少したベース電極引出し用多結晶シリコン
層71の低抵抗化が困難である。
(5) 同様に、抵抗用多結晶シリコン層74の膜厚
変化量が大きいため、抵抗値の再現性が乏し
い。
(6) エミツタ領域11とサイドベース領域10の
間に高抵抗のメインベース層6が介在してい
る。
以上のうち、(1)、(2)、(3)項により、トランジス
タのベース幅が広くなり、エミツタ濃度が低いた
め、注入効率も低く、高いエミツタ接地電流増幅
率hfeを得ることが困難であり、ひいては、遮断
周波数fTも高くできない。
また、(4)、(6)項によつて、ベース直列抵抗rb
高くなり、以上の2点はともにトランジスタの高
周波特性を悪化させるものである。
すなわち、素子の微細化と多結晶シリコン抵抗
の採用により、寄生容量を低減し、低消費電力領
域(低電流領域)では遅延時間消費電力積は改善
されるが、さらに電流を増しても、遅延時間は通
常の多結晶シリコンを用いない構造のものほど減
少せず、また上記(5)項の理由によつて、集積回路
装置の特性が処理条件の変動に敏感に依存し、安
定な性能を得ることが困難であると云う欠点を有
していた。
さらに、(1)項の改善には、低温処理が必要であ
るが、多結晶シリコン層71,74へのP型不純物
(硼素)導入後の酸化処理を低温化すると、多結
晶シリコン層から成長するシリコン酸化膜への不
純物の偏析が増し、ベース直列抵抗rbを増大さ
せ、抵抗値の変動も大きくなる。
また、(2)項、(3)項を改善するためには、多結晶
シリコン層71,74上の酸化膜を厚くしなければ
ならず、(4)項、(5)項の悪化を招く。以上のよう
に、(1)〜(3)項と、(4)項、(5)項とは互いに相反する
要求をもつていた。
この発明は、上記の点にかんがみなされたもの
で、高いエミツタ接地電流増幅率(以下、hfe
云う)、高い遮断周波数(以下fTと云う)および
低いベース直列抵抗(以下、rbと云う)をもつト
ランジスタと安定した多結晶シリコン抵抗とを有
し、低消費電力性と高速性を兼備した高密度のバ
イポーラ型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、この発明の半導体集積回路装置の製造方
法の実施例について図面に基づき説明する。
第2図A〜Gはその一実施例の製造工程を説明
するための図であり、これらの図中第1図A〜G
と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
する。
第2図Aは、従来例と同様にして、デイープコ
レクタ領域5の形成を終えた後、コレクタとなる
エピタキシヤル層(第1領域)3およびデイープ
コレクタ領域5の表面を露出させた状態の図であ
る。
次に、第2図Bに示すようにシリコン基板1の
全表面に多結晶シリコン層7を2000〜6000〓程度
の厚さに成長させ、この多結晶シリコン層7の全
表面にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからな
るマスク層8を積層する。
続いて、第2図Cに示すように、必要な部分の
マスク層81,82,83,84を残し、マスク層8
の他の部分を除去し、その後メインベース層(第
2領域)61,62を形成するために、イオン注入
によつてP型不純物例えば硼素を1014cm-2程度、
エピタキシヤル層(第1領域)3中に導入する。
この場合に、適当の加速エネルギーを選択するこ
とにより、不純物濃度がマスク層81,82直下の
部分では多結晶シリコン層7中に、マスク層が除
去された部分ではエピタキシヤル層3中に生じる
ようにする。その後900℃程度の温度でアニール
すると、マスク層81,82直下の部分では比較的
浅く低濃度(層抵抗が高い)のメインベース層6
が形成され、マスク層がない部分では深く高濃
度(層抵抗が低い)のメインベース層62が形成
される。
次に、第2図Dに示すように、不要部分の多結
晶シリコン層7を酸化させて多結晶シリコン酸化
膜9に変換させる。この場合にメインベース層6
,62を深くしないために、高圧酸化等を用いて
900℃程度の低温で、シリコン酸化膜9を形成す
ることが望ましい。
次に、エミツタおよびコレクタ電極を形成する
部分のマスク層82,83を選択的に除去し、除去
した部分の多結晶シリコン層72,73中にイオン
注入などによつてN型不純物、例えば砒素を1016
cm-2程度の高濃度に導入し、900℃程度の温度で
熱酸化することにより、第2図Eに示すように、
多結晶シリコン層72,73上に厚いシリコン酸化
膜を形成して、多結晶シリコン層72,73の厚さ
を減じる。この時、多結晶シリコン層72中のN
型不純物の一部がメインベース61中に拡散し、
エミツタ領域(第3領域)11を形成する。な
お、マスク層82,83の下層のシリコン酸化膜の
除去に際して、周囲が非常に厚い多結晶シリコン
酸化膜9およびマスク層81,84で覆われている
ので、バーズビークを除去するのに十分なオーバ
ーエツチをすることができる。
次に、第2図Fに示すように、残存したマスク
層81,84を除去し、多結晶シリコン層71,74
中にP型不純物、例えば硼素を1015〜1016cm-2
度の高濃度に導入し、900℃〜1000℃程度の温度
で熱酸化処理を施すことにより、低不純物濃度の
メインベース層61中にサイドベース領域(第4
領域)10を形成すると共に、エミツタ領域(第
3領域)11をさらに深く拡散して適当なhfe
得られるようにコントロールする。
続いて、従来例と同様に、第2図Gに示すよう
に、コンタクトホールを開窓し、金属配線121
122,123,124,125を施して半導体集積
回路装置を完成させる。
上述したような一実施例によれば、以下に列挙
するような利点が得られる。
(a) メインベース層の形成からエミツタ領域の形
成前までの間の熱処理はすべて900℃程度以下
の低温処理が可能であるため、メインベース層
が深くなることはない。
(b) エミツタ領域上のマスク層82の除去に当つ
て、十分なオーバーエツチが可能であるため、
バーズビークが除去されて、多結晶シリコン層
2中に十分にN型不純物を供給できる。
(c) 砒素などのN型不純物の偏析係数は約10程度
と大きいので、多結晶シリコン層72の表面に
厚い酸化膜を形成した後にも、大部分のN型不
純物は厚さが減じた多結晶シリコン層72中に
残留し、N型不純物濃度が高くなり、このため
高い表面濃度をもつたエミツタ領域11を形成
できる。
(d) エミツタ領域とサイドベース領域との間のメ
インベース層62の層抵抗が低いこと、および
ベース電極引き出し用の多結晶シリコン層71
の酸化量が少なく、多結晶シリコン層が厚く保
持されることで、多結晶シリコン層71の低抵
抗化が容易であることにより、rbが小さい。
(e) 同様に、抵抗用の多結晶シリコン層74の厚
さの変化が少ないので、抵抗値の再現性がよ
い。
上述したように、この実施例によれば、従来の
製造方法による半導体集積回路装置がもつていた
欠点をすべて解消することができ、高いhfe、fT
よび低いrbをもつ高速動作に適したトランジスタ
と、抵抗値の再現性のよい多結晶シリコン抵抗を
もち、低消費電力・高速動作を兼備し、性能の安
定した半導体集積回路装置を製造することができ
る。
なお、上記実施例では、第1図に示した構造の
半導体集積回路装置について説明したが、この発
明は多結晶シリコンを用いて電極を取り出す上記
実施例と類似した他の半導体集積回路装置にも適
用することができる。
上述した一実施例では、第2図Cにおいて、低
濃度で浅いメインベース層61と高濃度で深いメ
インベース層62とを同時に形成したが、この発
明は、第3図Aに示すように、低濃度で浅いメイ
ンベース層62を先に形成しておき、その後、第
3図Bに示すように、マスク層8の選択除去に用
いたレジスト131〜134を残したままイオン注
入によつて高濃度でやや深いメインベース層62
を形成し、さらにその後レジスト131〜134
除去して、以後第2図に示す一実施例の製造方法
と同様の工程を行なうようにしても、同様な利点
が得られる。
以上詳述したように、この発明の製造方法によ
れば、エミツタ領域を形成した後に、サイドベー
ス領域を形成することおよびエミツタ領域とサイ
ドベース領域との間に介在するメインベース層を
低抵抗化したことにより、高速動作に適したトラ
ンジスタと安定した多結晶シリコン抵抗を形成す
ることができ、また寄生容量も小さいという効果
があり、ECL、STTLなどを含む低消費電力・高
速動作のバイポーラ型で高密度の半導体集積回路
装置の製造に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Gは従来の半導体集積回路装置の製
造方法を工程順に示す断面図、第2図A〜Gはこ
の発明の一実施例による半導体集積回路装置の製
造方法を工程順に示す断面図、第3図A,Bは同
他の実施例による半導体集積回路装置の製造方法
の要部を工程順に示す断面図である。 1……シリコン基板、2……埋込拡散層、3…
…エピタキシヤル層、4……シリコン酸化膜、5
……デイープコレクタ領域、6,61,62……メ
インベース層、7,71〜74……多結晶シリコン
層、8,81〜84……マスク層、9……多結晶シ
リコン酸化膜、10……サイドベース領域、11
……エミツタ領域、121〜125……金属配線、
131〜134……レジスト。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 多結晶シリコンにより電極取出し部を形成し
    たバイポーラ型半導体集積回路装置の製造方法に
    おいて、 表面に第1導電型の所定領域を有する第2導電
    型の半導体基板全面に、多結晶シリコン層を形成
    する工程と、 上記多結晶シリコン層の選択された表面上に、
    選択酸化のためのマスク層を形成する工程と、 上記マスク層を用いて、上記半導体基板のエミ
    ツタ予定領域とサイドベース予定領域とが低不純
    物濃度化され且つ上記半導体基板の上記エミツタ
    予定領域と上記サイドベース予定領域との間に介
    在する部分が高不純物濃度化された第2導電型の
    メインベース層を形成する工程と、 選択熱酸化により表面に上記マスク層を有しな
    い上記多結晶シリコン層をシリコン酸化膜に変換
    する工程と、 上記マスク層の所定部をオーバエツチングによ
    り除去すると共に、除去される上記マスク層下の
    上記シリコン酸化膜のバーズビーク部を除去する
    工程と、 上記マスク層が除去された上記多結晶シリコン
    層に高濃度の第1導電型不純物を導入する工程
    と、 熱酸化処理により、上記第1導電型不純物を導
    入した上記多結晶シリコン層の膜厚を減じると共
    に、上記メインベース層の上記エミツタ予定領域
    内に上記第1導電型不純物を拡散して、第1導電
    型のエミツタ領域を形成する工程と、 残存する上記マスク層を全面除去する工程と、 第2導電型不純物を上記メインベース層の上記
    サイドベース予定領域に拡散させて上記メインべ
    ース層に第2導電型の高不純物濃度化されたサイ
    ドベース領域を形成する工程とを含むことを特徴
    とする半導体集積回路装置の製造方法。
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