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JP3041886B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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Publication number
JP3041886B2
JP3041886B2 JP2133212A JP13321290A JP3041886B2 JP 3041886 B2 JP3041886 B2 JP 3041886B2 JP 2133212 A JP2133212 A JP 2133212A JP 13321290 A JP13321290 A JP 13321290A JP 3041886 B2 JP3041886 B2 JP 3041886B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
forming
layer
amorphous silicon
silicon layer
region
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2133212A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0428235A (en
Inventor
誠一 高橋
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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.)
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄いベース領域を有するバイポーラトランジ
スタを備える半導体装置の製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a bipolar transistor having a thin base region.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

バイポーラトランジスタはその高速性,高駆動能力に
おいて、MOS型トランジスタより優れている。バイポー
ラトランジスタの高速性は遮断周波数fTによって表され
るが、このfTを大きくするにはベース領域の幅WBをどれ
だけ薄くできるかが大きなポイントとなる。
Bipolar transistors are superior to MOS transistors in their high speed and high driving capability. Although high speed of bipolar transistors is represented by the cut-off frequency f T, or to increase the f T can thin much the width W B of the base region is a major point.

従来のバイポーラトランジスタは、このような薄いベ
ース領域を形成するために、第3図(a)ないし(b)
に示す製造方法により製造されている。
In order to form such a thin base region, a conventional bipolar transistor is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
It is manufactured by the manufacturing method shown in FIG.

すなわち、同図(a)のように、P-型シリコン基板20
1にN+型埋込領域202を形成し、かつN-型エピタキシャル
層203を形成した上で、素子間分離酸化膜204で素子領域
を画成する。ついで、素子領域に選択的にひ素イオンを
注入し、N+型エミッタ領域205を形成する。このひ素イ
オンの注入に際しては、例えば加速エネルギー70KeV,ド
ーズ量1×1016cm-2程度の高濃度のひ素のイオン注入を
行う。このとき、エミッタ領域205のエピタキシャル203
はアモルファス化する。
That is, as shown in FIG. (A), P - type silicon substrate 20
After forming an N + type buried region 202 and an N type epitaxial layer 203 in 1, an element region is defined by an element isolation oxide film 204. Next, arsenic ions are selectively implanted into the element region to form an N + -type emitter region 205. At the time of arsenic ion implantation, high-concentration arsenic ion implantation is performed, for example, at an acceleration energy of 70 KeV and a dose of about 1 × 10 16 cm −2 . At this time, the epitaxial region 203 of the emitter region 205
Becomes amorphous.

次いで、同図(b)のように、素子領域に例えば加速
エネルギー40〜60KeV,ドーズ量1〜5×1013cm-2程度の
ホウ素のイオン注入を行い、ベース領域206を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 2B, boron is ion-implanted into the element region, for example, at an acceleration energy of 40 to 60 KeV and a dose of about 1 to 5 × 10 13 cm −2 to form a base region 206.

この方法により製造されるバイポーラトランジスタ
は、エミッタ領域205の直下におけるベース領域206にお
いては、アモルファス化したエミッタ領域205を通して
イオン注入を行うために、イオン注入のチャネリングに
よるテールを抑制することができ、結果としてベース幅
を薄く形成することが可能となる。
In the bipolar transistor manufactured by this method, in the base region 206 immediately below the emitter region 205, ions are implanted through the amorphized emitter region 205, so that the tail due to channeling of the ion implantation can be suppressed. As a result, the base width can be formed thin.

このような方法により製造されたバイポーラトランジ
スタの不純物プロファイルを第4図に示す。
FIG. 4 shows an impurity profile of the bipolar transistor manufactured by such a method.

なお、他の方法としてBF2 +等の質量の重いイオンを用
いて浅いベース領域を形成する方法などがある。
Note that as another method, there is a method of forming a shallow base region using heavy ions such as BF 2 + .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の薄いベース領域206を有するバイポー
ラトランジスタの製造方法では、薄いベース領域206は
ホウ素の不純物プロファイルのうち、ピーク部分から遠
い部分を利用して形成するため、ベース領域206の幅WB
をさらに薄くしようとしてエミッタ領域205を深く形成
すると、ベース領域206における不純物総量が激減し、
エミッタ−コレクタ耐圧のパンチスルーによる低下を招
くという問題が生じる。
In the method of manufacturing a bipolar transistor having a conventional thin base region 206 described above, the thin base region 206 of the impurity profile of boron, for forming by using a portion far from the peak portion, the width W of the base region 206 B
When the emitter region 205 is formed deeper to further reduce the thickness, the total amount of impurities in the base region 206 is drastically reduced,
There is a problem that the emitter-collector breakdown voltage is reduced by punch-through.

本発明はこのようなパンチスルーによる低下を防止し
て遮断周波数の増大を図った半導体装置の製法法を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a drop due to such punch-through is prevented and a cutoff frequency is increased.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の半導体装置の製造方法は、コレクタ領域とし
ての一導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、こ
のエピタキシャル層上に逆導電型の不純物を高い濃度で
含むアモルファスシリコン層を形成する工程と、高温短
時間の熱処理を行うことによって前記エピタキシャル層
を種結晶として前記アモルファスシリコン層と接する厚
さ方向の一部に薄い固相エピタキシャル成長層を形成す
る工程と、残留した前記アモルファスシリコン層を除去
し、前記固相エピタキシャル成長層の表面に絶縁膜を形
成する工程と、この絶縁膜に開設した窓を通して一導電
型の多結晶シリコン層を形成してエミッタ領域を形成す
る工程とを含んでいる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an epitaxial layer of one conductivity type as a collector region, and a step of forming an amorphous silicon layer containing a high concentration of impurities of the opposite conductivity type on the epitaxial layer. A step of forming a thin solid phase epitaxial growth layer in a part of the thickness direction in contact with the amorphous silicon layer by using the epitaxial layer as a seed crystal by performing a high-temperature short-time heat treatment, and removing the remaining amorphous silicon layer; Forming an insulating film on the surface of the solid-phase epitaxial growth layer; and forming an emitter region by forming a one-conductivity-type polycrystalline silicon layer through a window formed in the insulating film.

〔作用〕[Action]

この構成によれば、ベース領域を高い不純物濃度で薄
く形成でき、遮断周波数が高く高周波特性の良好なバイ
ポーラトランジスタが構成できる。
According to this configuration, the base region can be formed thinly with a high impurity concentration, and a bipolar transistor having a high cutoff frequency and good high frequency characteristics can be configured.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)ないし(d)は本発明の一実施例を製造
工程順に示す断面図である。
1 (a) to 1 (d) are sectional views showing one embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

まず、第1図(a)に示すように、P-型シリコン基板
101の素子領域相当領域にN+型埋込層102を形成した後、
全面に不純物濃度1〜5×1015cm-3程度のN-型エピタキ
シャル層103を成長する。また、このエピタキシャル層1
03の表面に表面・素子間分離酸化膜104を形成し、素子
領域を画成する。
First, as shown in FIG. 1 (a), a P - type silicon substrate
After forming an N + type buried layer 102 in a region corresponding to the device region 101,
An N -type epitaxial layer 103 having an impurity concentration of about 1 to 5 × 10 15 cm −3 is grown on the entire surface. In addition, this epitaxial layer 1
A surface / element isolation oxide film 104 is formed on the surface of 03 to define an element region.

次に、第1図(b)に示すように、ベースを形成する
領域の前記表面・素子間分離酸化膜104を選択的にエッ
チング除去し、この領域の前記N-型エピタキシャル層10
4の表面を露出させる。その後、全面にアモルファスシ
リコン層105を0.5〜1.0μm程度の厚さに成長する。そ
して、このアモルファスシリコン層105に対して加速エ
ネルギー10〜30KeV程度,ドーズ量1×1016cm-2程度以
上のホウ素のイオン注入を行う。この時、イオン注入に
よるホウ素の不純物プロファイルの深さがアモルファス
シリコン層105の厚さよりも大きくならないようにす
る。次に、700℃以下の低温の熱処理を行う。この時、
アモルファスシリコンとエピタキシャルシリコン中での
ホウ素の拡散係数の違いを利用して、アモルファスシリ
コン層105中の不純物濃度がほぼ均一となり、N-型エピ
タキシャル層103へのホウ素の拡散ができる限り小さく
なるように熱処理時間を設定する。
Next, as shown in FIG. 1 (b), the surface / element isolation oxide film 104 in a region where a base is to be formed is selectively etched away, and the N -type epitaxial layer 10 in this region is removed.
Expose the surface of 4. Thereafter, an amorphous silicon layer 105 is grown on the entire surface to a thickness of about 0.5 to 1.0 μm. Then, boron ions having an acceleration energy of about 10 to 30 KeV and a dose of about 1 × 10 16 cm −2 or more are implanted into the amorphous silicon layer 105. At this time, the depth of the impurity profile of boron by ion implantation is set not to be larger than the thickness of the amorphous silicon layer 105. Next, heat treatment at a low temperature of 700 ° C. or less is performed. At this time,
By utilizing the difference in the diffusion coefficient of boron between amorphous silicon and epitaxial silicon, the impurity concentration in the amorphous silicon layer 105 is made almost uniform, and diffusion of boron into the N -type epitaxial layer 103 is reduced as much as possible. Set the heat treatment time.

次に、第1図(c)に示すように、ランプアニールや
レーザアニールのような高温短時間の熱処理を行ない、
N-型エピタキシャル層103を種結晶として前記アモルフ
ァスシリコン層105の一部に対して固相エピタキシャル
成長を行い、P+型ベース領域106を0.3μm程度成長させ
る。その後、残留したアモルファスシリコ層105をエッ
チング除去する。
Next, as shown in FIG. 1 (c), high-temperature and short-time heat treatment such as lamp annealing or laser annealing is performed.
Solid phase epitaxial growth is performed on a part of the amorphous silicon layer 105 using the N type epitaxial layer 103 as a seed crystal, and a P + type base region 106 is grown to about 0.3 μm. After that, the remaining amorphous silicon layer 105 is removed by etching.

次いで、第1図(d)に示すように、P+型ベース領域
106の表面に酸化膜107を形成し、かつエミッタ領域に相
当する領域の酸化膜107に窓を開設した後、全面に多結
晶シリコン膜を形成し、これにひ素等の不純物を導入
し、かつ選択的にエッチングすることでP+型エミッタ領
域108を形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), P + -type base region
After forming an oxide film 107 on the surface of 106 and opening a window in the oxide film 107 in a region corresponding to the emitter region, a polycrystalline silicon film is formed on the entire surface, impurities such as arsenic are introduced into this, and P + type emitter region 108 is formed by selective etching.

その上で、層間絶縁膜109を形成し、かつコンタクト
ホールを開設した後にエミッタ,ベース,コレクタの各
金属配線110を形成することで、バイポーラトランジス
タが完成される。
After that, an interlayer insulating film 109 is formed, a contact hole is opened, and then a metal wiring 110 of an emitter, a base, and a collector is formed. Thus, a bipolar transistor is completed.

このように形成されたバイポーラトランジスタでは、
高濃度に不純物を添加したアモルファスシリコン層105
に高温短時間の熱処理を施すことでエピタキシャル層10
3の表面に固相エピタキシャル成長層106を形成し、この
固相エピタキシャル成長層106をベース領域として構成
しているため、高濃度で薄いベース領域が構成されるこ
とになる。これにより、遮断周波数が大きく、高周波特
性の良好なバイポーラトランジスタとして構成すること
ができる。
In the bipolar transistor thus formed,
Highly doped amorphous silicon layer 105
The epitaxial layer 10
Since the solid-phase epitaxial growth layer 106 is formed on the surface of 3 and the solid-phase epitaxial growth layer 106 is configured as a base region, a high-concentration thin base region is formed. As a result, a bipolar transistor having a large cutoff frequency and good high-frequency characteristics can be configured.

また、このバイポーラトランジスタの製造方法では、
従来のバイポーラトラジスタの製造工程の一部に、アモ
ルファスシリコン層105の成長工程と固相エピタキシャ
ル成長層106の成長工程とを含むのみであるため、簡単
に製造することが可能となる。
Also, in this method of manufacturing a bipolar transistor,
Since a part of the conventional bipolar transistor manufacturing process only includes the growth process of the amorphous silicon layer 105 and the growth process of the solid-phase epitaxial growth layer 106, it is possible to easily manufacture the bipolar transistor.

第2図は本発明の他の製造方法の一部を示す断面図で
ある。この実施例においては、前記実施例においてイオ
ン注入によって行ったアモルファスシリコン層105への
ホウ素の添加を、ホウ素シリカガラス(BSG)を用いて
行っている。
FIG. 2 is a sectional view showing a part of another manufacturing method of the present invention. In this embodiment, boron is added to the amorphous silicon layer 105 by ion implantation in the above embodiment using boron silica glass (BSG).

すなわち、第2図に示すように、アモルファスシリコ
ン層105の成長後に、その上にホウ素シリカガラス層111
を形成する。これにより、このホウ素シリカガラス層11
1の形成とアモルファスシリコン層105へのホウ素の拡散
が同時に行われるため、第1実施例よりも工程を短縮す
ることが可能となる。
That is, as shown in FIG. 2, after the amorphous silicon layer 105 is grown, the boron silica glass layer 111 is formed thereon.
To form Thereby, this boron silica glass layer 11
Since the formation of 1 and the diffusion of boron into the amorphous silicon layer 105 are performed at the same time, the number of steps can be reduced as compared with the first embodiment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、アモルファスシリコン
層を形成した後、高温短時間の熱処理を行って当該アモ
ルファスシリコン層の厚さ方向の一部を固相エピタキシ
ャル成長して薄いベース領域を形成することができ、遮
断周波数が高くて高周波特性の良好なバイポーラトラン
ジスタを製造することができる。
As described above, according to the present invention, after forming an amorphous silicon layer, a thin base region can be formed by performing a high-temperature short-time heat treatment to perform solid phase epitaxial growth on a part of the amorphous silicon layer in the thickness direction. As a result, a bipolar transistor having a high cutoff frequency and good high-frequency characteristics can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)ないし(d)は本発明の実施例を製造工程
順に示す断面図、第2図は本発明の他の製造方法の工程
一部を示す断面図、第3図(a)および(b)は従来の
バイポーラトランジスタの製造方法を工程順に示す断面
図、第4図は従来のバイポーラトランジスタにおける不
純物プロファイルを示す図である。 101……P-シリコン基板、102……N+型埋込領域、103…
…N-型エピタキシャル層、104……表面・素子間分離酸
化膜、105……アモルファスシリコン層、106……P+型固
相エピタキシャル成長層、107……酸化膜、108……N+
エミッタ領域、109……層間絶縁膜、110……金属配線、
111……ホウ素シリカガラス、201……P-型シリコン基
板、202……N+型埋込領域、203……N-型エピタキシャル
層、204……表面・素子間分離酸化膜、205……N+型エミ
ッタ領域、206……P型ベース領域。
1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views showing an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of steps of another manufacturing method of the present invention, and FIG. 4A and 4B are cross-sectional views showing a conventional bipolar transistor manufacturing method in the order of steps, and FIG. 4 is a view showing an impurity profile in a conventional bipolar transistor. 101 …… P - silicon substrate, 102 …… N + type buried region, 103…
... N - -type epitaxial layer, 104 ...... surface-field isolation oxide, 105 ...... amorphous silicon layer, 106 ...... P + -type solid-phase epitaxial growth layer, 107 ...... oxide film, 108 ...... N + -type emitter region , 109 ... interlayer insulating film, 110 ... metal wiring,
111: Boron silica glass, 201: P - type silicon substrate, 202: N + type buried region, 203: N - type epitaxial layer, 204: Surface / element isolation oxide film, 205: N + Type emitter region, 206: P type base region.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コレクタ領域としての一導電型のエピタキ
シャル層を形成する工程と、このエピタキシャル層上に
逆導電型の不純物を高い濃度で含むアモルファスシリコ
ン層を形成する工程と、高温短時間の熱処理を行うこと
によって前記エピタキシャル層を種結晶として前記アモ
ルファスシリコン層と接する厚さ方向の一部に薄い固相
エピタキシャル成長層を形成する工程と、残留した前記
アモルファスシリコン層を除去し、前記固相エピタキシ
ャル成長層の表面に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁
膜に開設した窓を通して一導電型の多結晶シリコン層を
形成してエミッタ領域を形成する工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming an epitaxial layer of one conductivity type as a collector region, a step of forming an amorphous silicon layer containing a high concentration of an impurity of the opposite conductivity type on the epitaxial layer, and a heat treatment at a high temperature for a short time. Forming a thin solid phase epitaxial growth layer in a part of the thickness direction in contact with the amorphous silicon layer by using the epitaxial layer as a seed crystal, and removing the remaining amorphous silicon layer to form the solid phase epitaxial growth layer. Forming an insulating film on the surface of the semiconductor device, and forming an emitter region by forming a polycrystalline silicon layer of one conductivity type through a window opened in the insulating film. .
【請求項2】前記高温短時間の熱処理がランプアニー
ル、又はレーザアニールによって行われることを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein said heat treatment at a high temperature for a short time is performed by lamp annealing or laser annealing.
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