(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込みコレクタとなる一導電型のコレクタ埋め込み層を形成し、その上に逆導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記コレクタ埋め込み層上方の前記エピタキシャル層の表面に耐酸化膜を形成する工程と、
前記耐酸化膜で被覆されないエピタキシャル層表面を選択酸化してＬＯＣＯＳ絶縁膜を形成する工程と、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜を形成した後、前記ＬＯＣＯＳ酸化膜
を選択マスクとして、逆導電型の不純物を拡散して低濃度ウェル領域を形成する工程と、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜を除去して前記エピタキシャル層表面に段差を形成し、
前記エピタキシャル層の膜厚が薄い領域と厚い領域とを形成する工程と、
前記膜厚の薄い領域の表面から一導電型の不純物を拡散して前記コレクタ埋め込み層に達するコレクタ導出領域を形成する工程と、
前記膜厚の厚い領域の表面から一導電型の不純物を拡散してエミッタ領域を形成する工程と、を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
埋め込みコレクタとなる一導電型のコレクタ埋め込み層を形成し、その上に逆導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記コレクタ埋め込み層上方の前記エピタキシャル層の表面に耐酸化膜を形成する工程と、
前記耐酸化膜で被覆されないエピタキシャル層表面を選択酸化してＬＯＣＯＳ絶縁膜を形成する工程と、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜を除去して前記エピタキシャル層表面に段差を形成し、
前記エピタキシャル層の膜厚が薄い領域と厚い領域とを形成する工程と、
前記膜厚の薄い領域の表面から一導電型の不純物を拡散して前記コレクタ埋め込み層に達するコレクタ導出領域を形成する工程と、
前記膜厚の厚い領域の表面から一導電型の不純物を拡散してエミッタ領域を形成する工程と、を具備し、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜の形成工程を酸素雰囲気中の処理として、前記コレクタ埋め込み層の上方拡散深さに段差を付けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレクタ抵抗を減じることが可能な、縦型ＰＮＰトランジスタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高性能なアナログ回路は、ＮＰＮトランジスタのみで構成することは困難であるため、ＮＰＮトランジスタとＰＮＰトランジスタを相補対に組み合わせて構成することが多い。しかし出力段回路においては、従来のラテラルＰＮＰトランジスタは大電流化することが難しいので、回路的に複数個のトランジスタを組み合わせて擬似的なＰＮＰトランジスタを形成することが多かった。しかし、複数個を組み合わせることで飽和電圧が大きくなり、高性能な出力段回路を得ることが困難であった。そこで、ＮＰＮトランジスタと同じ縦型構造のＰＮＰトランジスタを開発することにより、高性能な出力段回路を得ることを可能にした。この縦型ＰＮＰトランジスタの構造を図４に従って説明する。
【０００３】
Ｐ型半導体基板１上にＮ型の第１と第２のエピタキシャル層２、３を形成し、これらを接合分離するためのＰ＋領域４、５、６を形成して素子形成のための島領域を形成する。基板１表面にはＮ＋型の埋め込み層７を設け、第１のエピタキシャル層２の表面にはＰ＋コレクタ埋め込み層８とＮ＋領域９を形成する。島領域となる第２のエピタキシャル層３表面にＰ型ベース１０、Ｎ＋型エミッタ１１およびＮ＋コレクタコンタクト領域１２を形成してＮＰＮトランジスタとする。なお、コレクタコンタクト領域１２に重ねて、エピタキシャル層３表面から埋め込み層７に達するＮ＋拡散領域を設けることもある。
【０００４】
もう一方の島領域にはコレクタ埋め込み層８に達するＰ＋型コレクタ導出領域１３を設けてＰＮＰトランジスタのベースとし、該ベースの表面にＰ＋エミッタ領域を形成して縦型ＰＮＰトランジスタとする。なお、ベースにＮ−型の領域１５を形成することもある。
【０００５】
上記の縦型ＰＮＰトランジスタにおいて、その飽和電圧特性Ｖｃｅ（ｓａｔ）はコレクタ埋め込み層８とコレクタ導出領域１３との抵抗成分（コレクタ直列抵抗Ｒｃ１６）でほぼ決定される事が知られている。一般的にエピタキシャル層表面から熱拡散によって形成した拡散領域は、表面部分で不純物濃度が高く、深い部分で不純物濃度が薄くなる濃度分布を持つ。従って、コレクタ直列抵抗Ｒｃ１６はコレクタ導出領域１３とコレクタ埋め込み層８とがどの程度重畳しているかによっても左右されることになる。一方、トランジスタのエミッタ・コレクタ間耐圧ＶＣＥＯは、Ｐ＋エミッタ領域１４とＰ＋コレクタ埋め込み層８との間隔１７で大略決定されることが知られている。従って、両者の特性は第２のエピタキシャル層３の膜厚によって大きく左右されることが伺える。
【０００６】
図５に、第２のエピタキシャル層８の膜厚に対する両者の特性図を示した。膜厚が大になるほど、コレクタ導出領域１３とコレクタ埋め込み層８との重畳量が減少しさらにはＰ＋エミッタ領域１４とＰ＋コレクタ埋め込み層８との間隔１７が大きくなることから、両特性共に値が増加する傾向にある。
【０００７】
この様な特性にあるとき、半導体素子としての良否判定を行うには、飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）はあらかじめ定められた一定値以下であること、一方の耐圧ＶＣＥＯは同じくあらかじめ定められた一定値以上であること、という相反する要求となる。従って、第２のエピタキシャル層３の膜厚はこれらの値が両者とも満足する範囲（符号１８）に制御しなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、気相成長法によるエピタキシャル層は、比較的ばらつきが大きく、例えば高耐圧用途に１０μｍ成長させた場合にはプラスマイナス１μｍ程度の誤差が発生する。加えて、エピタキシャル層を形成した後の各種酸化処理による膜厚減もばらつきの要因となる。これらの要因が重なって、従来の装置では飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）特性とエミッタ・コレクタ間耐圧ＶＣＥＯ特性とを両方満足し得る範囲１８が例えばプラスマイナス０．５μｍ以内と狭く、制御が困難である欠点があった。また、特性が規格から外れることによって歩留まりが低下するという欠点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる従来の課題に鑑みなされたもので、埋め込みコレクタとなる一導電型のコレクタ埋め込み層を形成し、その上に逆導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記コレクタ埋め込み層上方の前記エピタキシャル層の表面に耐酸化膜を形成する工程と、
前記耐酸化膜で被覆されないエピタキシャル層表面を選択酸化してＬＯＣＯＳ絶縁膜を形成する工程と、
前記ＬＯＣＯＳ酸化膜を除去して前記エピタキシャル層表面に段差を形成し、前記エピタキシャル層の膜厚が薄い領域と厚い領域を形成する工程と、
前記膜厚の薄い領域の表面から一導電型の不純物を拡散して前記コレクタ埋め込み層に達するコレクタ導出領域を形成する工程と、
前記膜厚の厚い領域の表面から一導電型の不純物を拡散してエミッタ領域を形成する工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
第１工程：図１（Ａ）参照
Ｐ型の半導体基板２１を準備する。基板２１表面にアンチモンなどのＮ型不純物を選択拡散してＮ＋領域２２を形成し、更にボロンなどのＰ型不純物を選択拡散して素子分離用のＰ＋領域２３を形成する。符号２４は選択拡散に供したシリコン酸化膜である。
【００１２】
第２工程：図１（Ｂ）参照
基板２１表面の酸化膜を除去した後に、気層成長法によって全面に８〜１２μｍ厚みのＮ型の第１のエピタキシャル層２５を形成する。第２のエピタキシャル層２５表面にアンチモンなどのＮ型不純物を選択拡散してＮＰＮトランジスタの埋め込み層となるＮ＋領域２６と縦型ＰＮＰトランジスタ用のＮ＋領域２７を形成し、更にボロンなどのＰ型不純物を選択拡散して素子分離用のＰ＋領域２８と縦型ＰＮＰトランジスタのＰ＋コレクタ埋め込み層２９を形成する。符号３０は選択拡散に供したシリコン酸化膜である。
【００１３】
第３工程：図１（Ｃ）参照
酸化膜３０を除去した後に、気層成長法によって全面に５〜１０μｍ厚みのＮ型の第２のエピタキシャル層３１を形成する。第２のエピタキシャル層３１の表面を清浄化した後に熱酸化して膜厚が１０００Å程度のシリコン酸化膜３２を形成し、次いで酸化膜３２の上に膜厚が１０００Å程度のシリコン窒化膜を堆積する。これを通常のホトエッチング技術によってパターニングし、Ｐ＋コレクタ埋め込み層２９の上方にＰ＋コレクタ埋め込み層２９の平面視の面積よりは小さな面積を持つ耐酸化膜３３を形成する。
【００１４】
第４工程：図２（Ａ）参照
基板２１全体を１１００℃、酸化雰囲気中で１〜３時間程度熱処理することにより、第２のエピタキシャル層３１の表面を熱酸化してＬＯＣＯＳ酸化膜３４を形成する。ＬＯＣＯＳ酸化膜３４は１．５μ程度の膜厚に形成され、酸化前のエピタキシャル層表面から下方に０．６μｍ程度、上方に０．９μｍ程度の割合で形成される。
【００１５】
また、該熱処理によってＮ＋埋め込み層２６やＰ＋コレクタ埋め込み層２９が上下方向に拡散される。このとき、熱処理が酸化を行うために酸素を供給した処理であれば、供給した酸素の影響によってＮ＋埋め込み層２６やＰ＋コレクタ埋め込み層２９の拡散が増速拡散の影響を受ける。増速酸化の影響は第２のエピタキシャル層３１が露出した領域で発生し、酸素を通過しない耐酸化膜３３の下部では影響が出ない。その為、耐酸化膜３３の下に位置するＰ＋コレクタ埋め込み層２９の中央付近２９ａはそれ程拡散されず、周辺部分２９ｂは大きく拡散されて、断面形状で中央が凹んだ形状に拡散される。中央部２９ａと周辺部２９ｂとの拡散量の差は約０．５μｍである。
【００１６】
第５工程：図２（Ｂ）参照
耐酸化膜３３を除去し、残ったＬＯＣＯＳ酸化膜３４を選択マスクとして全体に燐をイオン注入し、注入した不純物を熱拡散することによりＮ−ウェル領域３５を形成する。ＬＯＣＯＳ酸化膜３４をマスクにすることによって、マスク数の低減を図ることが出来る。
【００１７】
第６工程：図３（Ａ）参照
ＬＯＣＯＳ酸化膜３４を除去する。耐酸化膜３３を形成した部分は選択酸化の影響を受けていないので、ＬＯＣＯＳ酸化膜３４を形成した部分のエピタキシャル層の膜厚は減じられて薄い領域５１となり、形成しない部分のエピタキシャル層の膜厚は形成前と同等の厚い領域５２となる。よって、第２のエピタキシャル層３１の表面に段差を設けることが出来る。この段差は、約０．６μ程度である。
【００１８】
そして、膜厚の薄い領域５１の第２のエピタキシャル層３１表面からボロンを選択拡散して、素子分離用のＰ＋領域３６と、縦型ＰＮＰトランジスタのＰ＋コレクタ導出領域３７を形成する。Ｐ＋領域３６はＰ＋領域２８に達して素子分離を完成させ、Ｐ＋コレクタ導出領域３７はコレクタ埋め込み層２９に達して縦型ＰＮＰトランジスタのベースとなるべき領域を区画する。
【００１９】
Ｐ＋領域３６とコレクタ導出領域３７は、共に膜厚の薄い領域５１からの拡散となる。従って、Ｐ＋領域３６とコレクタ導出領域３７の拡散の先端部は、ＬＯＣＯＳ酸化膜３４によって形成した段差の分だけ下方に達することになる。
【００２０】
第７工程：図３（Ｂ）参照
第２のエピタキシャル層３１表面から各種拡散処理を行って、ＮＰＮトランジスタのＰ型ベース領域３８、Ｎ＋型エミッタ領域３９、Ｎ＋型コレクタコンタクト領域４０、縦型ＰＮＰトランジスタのＰ＋エミッタ領域４１を形成する。Ｐ＋エミッタ領域４１は、耐酸化膜３３によってエピタキシャル層の膜厚が減じられていない厚い領域５２領域からの拡散になる。その後、電極配線を配置する。
【００２１】
この様に、エピタキシャル層表面に段差を設け。段差の上部からＰ＋エミッタ領域４１を形成することで、Ｐ＋エミッタ領域４１とコレクタ埋め込み層２９との間隔４２を拡大できる。加えて、耐酸化膜３３で被覆した箇所のコレクタ埋め込み層２９は増速酸化されないので凹んでおり、凹みによって前記間隔４２を更に拡大することが出来る。よって、縦型ＰＮＰトランジスタのエミッタ・コレクタ間耐圧ＶＣＥＯを増大できる。
【００２２】
一方、Ｐ＋コレクタ導出領域３７は段差の下から拡散するので、コレクタ導出領域３７とＰ＋埋め込み層２９との重畳量を拡大できる。これによって、より高不純物濃度の高い部分が重畳するので、コレクタ直列抵抗Ｒｃを減じ、縦型ＰＮＰトランジスタの飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）を下げることが出来る。
【００２３】
図５を参照して、本願の縦型ＰＮＰトランジスタはエミッタ・コレクタ間耐圧ＶＣＥＯを増大し飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）を下げることができるので、所望の特性を得ることが出来るエピタキシャル層の膜厚の範囲が符号５０の様に拡大する。従って、製造歩留まりを向上することが出来る。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によれば、縦型ＰＮＰトランジスタのエミッタ・コレクタ間耐圧ＶＣＥＯを増大し飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）を下げることができる利点を有する。これによって、エピタキシャル層の膜厚の許容範囲が広がり、製造歩留まりを向上できる利点を有する。
【００２５】
更に、耐酸化膜３３形成用の露光マスクを１枚追加するものの、Ｎ−ウェル領域３５形成用の露光マスクを廃止できるので、全体的にはマスク数の増大がなく実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための断面図である。
【図２】本発明を説明するための断面図である。
【図３】本発明を説明するための断面図である。
【図４】従来例を説明するための断面図である。
【図５】エピタキシャル層の膜厚と特性との相関関係を示す図である。
【符号の説明】
２１  半導体基板
２５  第１のエピタキシャル層
２６  Ｎ＋埋め込み層
２９  Ｐ＋コレクタ埋め込み層
３１  第２のエピタキシャル層
３３  耐酸化膜
３４  ＬＯＣＯＳ酸化膜
３７  Ｐ＋コレクタ導出領域
４１  Ｐ＋エミッタ領域
【図１】
0003877459.tif 000002
【図２】
0003877459.tif 000003
【図３】
0003877459.tif 000004
【図４】
0003877459.tif 000005
【図５】
0003877459.tif 000006