JPH03185837A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device and semiconductor device manufacturing methodInfo
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- JPH03185837A JPH03185837A JP1325244A JP32524489A JPH03185837A JP H03185837 A JPH03185837 A JP H03185837A JP 1325244 A JP1325244 A JP 1325244A JP 32524489 A JP32524489 A JP 32524489A JP H03185837 A JPH03185837 A JP H03185837A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、半導体装置およびその製造技術さらには5O
I(シリコン・オン・インシュレータ)構造の半導体装
置およびその製造工程に適用して特に有効な技術に関し
、例えば縦型バイポーラトランジスタを有するLSIお
よびその製造方法に利用して有効な技術に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Fields of Application] The present invention relates to semiconductor devices and their manufacturing technology, as well as 5O
The present invention relates to a technique that is particularly effective when applied to a semiconductor device having an I (silicon-on-insulator) structure and its manufacturing process, and relates to a technique that is particularly effective when applied to, for example, an LSI having a vertical bipolar transistor and its manufacturing method.
[従来の技術]
近年、バイポーラ集積回路では、コレクタ領域としてN
4型埋込層を用いた縦型バイポーラトランジスタが主流
となっている。また、このようなN+型埋込層を用いた
バイポーラトランジスタでは、半導体基板表面から、高
エネルギー・高ドーズ量のイオン打込、み法による1組
込層の形成が技術的に困難であり、結晶欠陥や転位など
の弊害もあることから、半導体基板(シリコン基板)の
表面に予め埋込層となる高濃度のN+領領域選択的に形
成してから、低濃度のエピタキシャル層を半導体基板上
に成長させ、その表面にベース、エミッ″り領域を形成
した構造が一般的であった。[Prior art] In recent years, in bipolar integrated circuits, N is used as the collector region.
Vertical bipolar transistors using type 4 buried layers have become mainstream. In addition, in a bipolar transistor using such an N+ type buried layer, it is technically difficult to form one buried layer by high-energy, high-dose ion implantation and drilling methods from the surface of the semiconductor substrate. Since there are disadvantages such as crystal defects and dislocations, a high-concentration N+ region that will become a buried layer is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate (silicon substrate) in advance, and then a low-concentration epitaxial layer is formed on the semiconductor substrate. The most common structure was one in which a base and an emitter region were formed on the surface of the substrate.
一方、ウェーハ貼り合わせ技術を利用して、予め、バイ
ポーラトランジスタが形成されるべき第1の半導体基板
の裏面に、バイポーラトランジスタのコレクタとなる高
濃度の拡散層を形成しておき、表面に絶縁膜が形成され
た第2の半導体基板と前記第1の半導体基板とを貼り合
わせるとによって、SOI構造を有するバイポーラトラ
ンジスタを製造する技術が例えば、特開昭63−349
49号公報に記載されている。このようなSOI構造を
有するバイポーラトランジスタは、コレクタとなる高濃
度の拡散層が絶縁膜と直接接触しているので、コレクタ
寄生容量を小さく、かつ、PN接合面積を小さくできる
ので、高速化に適し、α線によるソフトエラーにも強い
特徴を有する。On the other hand, by using wafer bonding technology, a highly concentrated diffusion layer that will become the collector of the bipolar transistor is formed in advance on the back surface of the first semiconductor substrate on which the bipolar transistor is to be formed, and an insulating layer is formed on the surface. For example, a technique for manufacturing a bipolar transistor having an SOI structure by bonding a second semiconductor substrate on which is formed with the first semiconductor substrate is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-349.
It is described in Publication No. 49. Bipolar transistors with such an SOI structure are suitable for high-speed operation because the highly doped diffused layer that serves as the collector is in direct contact with the insulating film, which reduces collector parasitic capacitance and reduces the PN junction area. , it is also resistant to soft errors caused by alpha rays.
[発明が解決しようとする課題]
本発明者は、バイポーラトランジスタを有する半導体集
積回路装置の高速化・高信頼性及びプロセスコスト化に
ついて検討した結果、以下の問題を明らかにした。[Problems to be Solved by the Invention] The inventor of the present invention has clarified the following problems as a result of studying how to increase the speed, high reliability, and reduce the process cost of a semiconductor integrated circuit device having a bipolar transistor.
上述したエピタキシャル層を使用するバイポーラトラン
ジスタでは、エピタキシャル層の厚さの制御性が比較的
よいことから(例えば、ウェーハレベルで±0.05μ
m程度)、各半導体チップのエピタキシャル層の厚さを
均一にできる。これは、各半導体チップ上に形成される
バイポーラトランジスタのコレクタ領域の厚さを均一に
でき、所定の電気的特性を有するバイポーラトランジス
タの歩留りを向上できることを意味する。In the bipolar transistor using the epitaxial layer described above, the controllability of the epitaxial layer thickness is relatively good (for example, ±0.05μ at the wafer level).
m), the thickness of the epitaxial layer of each semiconductor chip can be made uniform. This means that the thickness of the collector region of the bipolar transistors formed on each semiconductor chip can be made uniform, and the yield of bipolar transistors having predetermined electrical characteristics can be improved.
しかしながら、上記エピタキシャル層を使用するバイポ
ーラトランジスタは、エピタキシャル層の成長時に、高
濃度のN4型堤込層から不純物がエピタキシャル層中に
ランダムにオートドーピングするため、コレクタ領域の
不純物濃度のプロファイルが各半導体チップ単位あるい
は、1つの半導体チップ中で、ばらつくため、バイポー
ラトランジスタの電気的特性、例えば、遮断周波数fT
がばらついてしまうという問題がある。前記オートドー
ピングは、N+型理込層の不純物濃度に依存し、不純物
濃度が高いほど顕著になるため、コレクタ領域となるN
+型埋込層の不純物濃度を高めることが制限される。こ
の結果、コレクタ領域の抵抗値をより低くすることが困
難となるため、バイポーラトランジスタのさらなる高速
化を図ることができないという問題がある。However, in bipolar transistors using the above epitaxial layer, impurities are randomly auto-doped into the epitaxial layer from the highly concentrated N4 type buried layer during growth of the epitaxial layer. Electrical characteristics of bipolar transistors, such as cutoff frequency fT, vary between chips or within one semiconductor chip.
There is a problem that the values vary. The autodoping depends on the impurity concentration of the N+ type embedded layer, and becomes more pronounced as the impurity concentration increases.
There is a restriction on increasing the impurity concentration of the + type buried layer. As a result, it becomes difficult to lower the resistance value of the collector region, so there is a problem that it is impossible to further increase the speed of the bipolar transistor.
また、上述したエピタキシャル層を使用するバイポーラ
トランジスタは、エピタキシャル成長に用いられる装置
が高価なこと、及び、前記装置で一度に処理できるウェ
ーハの枚数が例えば10枚程度と少ないこと等から、プ
ロセスコストの低減が十分に図れない問題がある。In addition, the bipolar transistor using the above-mentioned epitaxial layer can reduce the process cost because the equipment used for epitaxial growth is expensive and the number of wafers that can be processed at one time by the equipment is small, for example, about 10. There is a problem that this cannot be adequately planned.
また、上述した従来技術であるウェーハ貼り合わせ方式
によってSOI基板を得る場合、シリコンウェーへの強
度の面からあまり薄いウェーハ同士を接合できないため
、ある程度厚みの大きいウェーハを貼り合わせてから、
半導体素子が形成さ・れる側のウェーハの表面を機械的
に研摩することによって所望の厚みの半導体層(シリコ
ンウェーハ)を形成することが行われている。Furthermore, when obtaining an SOI substrate using the conventional wafer bonding method described above, it is not possible to bond very thin wafers to each other due to the strength of the silicon wafer, so after bonding wafers that are relatively thick,
A semiconductor layer (silicon wafer) having a desired thickness is formed by mechanically polishing the surface of a wafer on which semiconductor elements are to be formed.
上述のようなウェーハの研摩は、−度に数十枚のウェー
ハを処理できるため、エピタキシャル成長による半導体
層の形成に比べ、プロセスコストの低減ができる利点が
ある。Wafer polishing as described above can process several tens of wafers at a time, so it has the advantage of reducing process costs compared to forming a semiconductor layer by epitaxial growth.
しかしながら、研摩による半導体層の薄膜化技術では半
導体層の厚さのばらつきが±0.5μmと大きく、エピ
タキシャル成長によって形成される半導体層と同程度の
ばらつき(±0.05μm程度)以内に留めることは困
難であった。However, with the technique of thinning the semiconductor layer by polishing, the variation in the thickness of the semiconductor layer is as large as ±0.5 μm, and it is difficult to keep the variation within the same level of variation (approximately ±0.05 μm) as that of a semiconductor layer formed by epitaxial growth. It was difficult.
そのため、従来のSOI構造のバイポーラトランジスタ
において、埋込層上の半導体層の厚みのばらつきが大き
くなってしまう。バイポーラトランジスタのエミッタ及
びベース領域は、前記厚さのばらつきが大きい半導体層
の表面に形成されることになるので、前記エミッタ及び
ベース領域と前記埋込層との距離(言い換えればバイポ
ーラトランジスタの動作時にキャリアがエミッタ領域か
ら埋込層に到達するまでの距離)が1つの半導体チップ
内あるいは各々の半導体チップ間(ウェーハレベル)で
ばらつくことになる。この結果、バイポーラトランジス
タの電気的特性(例えば、遮断周波数fT、エミッタ・
コレクタ間耐圧BVcEO、ベース・コレクタ間寄生容
量CTC等)が、1つの半導体チップ内あるいは各々の
半導体チップ間で大きくばらつくことになる。これは所
望の電気的特性を有するバイポーラトランジスタを有す
る半導体集積回路装置の製造歩留りが低下するという問
題を引き起こす。Therefore, in a conventional bipolar transistor having an SOI structure, variations in the thickness of the semiconductor layer on the buried layer become large. Since the emitter and base regions of the bipolar transistor are formed on the surface of the semiconductor layer whose thickness varies widely, the distance between the emitter and base region and the buried layer (in other words, when the bipolar transistor operates) The distance from the emitter region to the buried layer) varies within one semiconductor chip or between each semiconductor chip (at the wafer level). As a result, the electrical characteristics of bipolar transistors (e.g. cutoff frequency fT, emitter
Collector breakdown voltage BVcEO, base-collector parasitic capacitance CTC, etc.) vary greatly within one semiconductor chip or between each semiconductor chip. This causes a problem in that the manufacturing yield of semiconductor integrated circuit devices having bipolar transistors having desired electrical characteristics is reduced.
また、前記のように電気的特性が大きくばらついた場合
には、例えばスイッチングスピードの一番遅いバイポー
ラトランジスタを想定して、システム設計をしなければ
ならず、高速用途のシステムには十分に対応できない問
題がある。In addition, if the electrical characteristics vary widely as described above, the system must be designed assuming, for example, a bipolar transistor with the slowest switching speed, which is not sufficient for high-speed systems. There's a problem.
前記電気的特性のばらつきについて具体的に説明すると
、第8図に示すように、半導体層の厚さが例えば目標値
となる1、0μmより大きくなった場合、エミッタ・コ
レクタ間耐圧BVc EOは、向上し、かつベース・コ
レクタ間寄生容量は減少するが、遮断周波数fTは低下
する。また逆に目標値より小さくなった場合には、遮断
周波数fTは向上するが、エミッタ・コレクタ1iJi
耐圧BVcEOは低下し、ベース・コレクタ間寄生容量
も増える。To specifically explain the variations in the electrical characteristics, as shown in FIG. 8, when the thickness of the semiconductor layer becomes larger than the target value of 1.0 μm, for example, the emitter-collector breakdown voltage BVc EO becomes: Although the base-collector parasitic capacitance is reduced, the cutoff frequency fT is lowered. On the other hand, if the cutoff frequency fT becomes smaller than the target value, the cutoff frequency fT improves, but the emitter/collector 1iJi
The breakdown voltage BVcEO decreases and the base-collector parasitic capacitance also increases.
このように厚さのばらついた半導体層を用いてバイポー
ラトランジスタを形成した場合、例えば第7図の曲線A
に示すようにゲート遅延時間が半導体層の厚さによって
変化してしまい、高速用途のシステムには適さないこと
が明らかになった。When a bipolar transistor is formed using semiconductor layers with varying thicknesses, for example, curve A in FIG.
As shown in Figure 2, the gate delay time varies depending on the thickness of the semiconductor layer, making it unsuitable for high-speed systems.
尚、上記第7図は、バイポーラECLゲートを組んだ場
合の一例を示すものである。Incidentally, FIG. 7 above shows an example of a case where a bipolar ECL gate is assembled.
本発明は、上述した種々の問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、貼り合わせ
方式のSOI基板を用いた半導体集積回路装置における
素子の特性のばらつきを低減し、もってLSIの性能お
よび歩留りの向上を図ることにある。The present invention has been made to solve the various problems mentioned above, and its purpose is to reduce variations in the characteristics of elements in semiconductor integrated circuit devices using bonded SOI substrates. The purpose of this invention is to improve the performance and yield of LSI.
本発明の他の目的は、素子特性の電流依存性を小さくし
、かつベース・コレクタ間耐圧の良好なSOT構造のバ
イポーラトランジスタを提供することにある。Another object of the present invention is to provide a bipolar transistor with an SOT structure that reduces the current dependence of device characteristics and has a good base-collector breakdown voltage.
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[課題を解決するための手段]
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
を説明すれば、下記のとおりであるすなわち、本発明の
第1の手段はウェーハ貼り合わせ方式のSOI基板に半
導体集積回路を形成する場合において、基板を研摩した
後、シリコン基板の表面側からイオン打込み法で不純物
を導入し、熱処理することで表面から一定深さの半導体
領域もしくは半絶縁性領域を形成し、その上の一定の厚
みの半導体層をバイポーラトランジスタやMOSトラン
ジスタの動作領域として利用するものである。[Means for Solving the Problems] A typical overview of the inventions disclosed in this application is as follows. Namely, the first means of the present invention is to provide an SOI substrate using a wafer bonding method. When forming a semiconductor integrated circuit, after polishing the substrate, impurities are introduced from the surface side of the silicon substrate by ion implantation, and a semiconductor region or semi-insulating region is formed at a certain depth from the surface by heat treatment. A semiconductor layer having a certain thickness thereon is used as an operating region of a bipolar transistor or a MOS transistor.
また、第2の手段は、ウェーハ貼り合わせ方式のSOI
基板において、貼り合わせ前のシリコン基板の裏面に予
め形成された高濃度半導体領域と重複するようにシリコ
ン基板の表面から一定の深さに低濃度の半導体領域を形
成し、この低濃度の半導体領域の上方の半導体層にベー
ス、エミッタ領域を形成してなる構造の縦型バイポーラ
トランジスタを提案するものである。この場合、望まし
くは高濃度半導体の不純物濃度をlXl×1016cm
以上、低濃度半導体領域の不純物濃度を1×101@c
m−4以下とし、低濃度半導体領域の濃度分布はできる
だけ平坦化するのがよい。Moreover, the second means is a wafer bonding method SOI
In the substrate, a low concentration semiconductor region is formed at a certain depth from the surface of the silicon substrate so as to overlap with the high concentration semiconductor region previously formed on the back surface of the silicon substrate before bonding. This paper proposes a vertical bipolar transistor having a structure in which a base and an emitter region are formed in a semiconductor layer above the semiconductor layer. In this case, it is desirable to set the impurity concentration of the high concentration semiconductor to 1X1×1016 cm.
Above, the impurity concentration of the low concentration semiconductor region is 1×101@c
m-4 or less, and the concentration distribution of the low concentration semiconductor region is preferably as flat as possible.
[作用コ
上記した第1の手段によれば、ウェーハ貼り合わせ方式
のSO■基板を研摩して所定の厚みの半導体層を得る場
合に、たとえ研摩のばらつきが大きくてもイオン打込み
により表面から一定の深さに半導体領域または半絶縁性
領域が形成されるため、その上のデバイス動作領域とな
る半導体層の厚みのばらつきは非常に小さくなる。これ
によって素子特性のばらつきを低減し、LSIの性能お
よび歩留りの向上を図るという上記目的を達成すること
ができる。[Operation] According to the above-mentioned first means, when polishing a wafer bonding type SO substrate to obtain a semiconductor layer of a predetermined thickness, even if there is a large variation in polishing, it is possible to obtain a uniform layer from the surface by ion implantation. Since a semiconductor region or a semi-insulating region is formed at a depth of , variations in the thickness of the semiconductor layer that forms the device operation region above it are extremely small. This makes it possible to achieve the above-mentioned purpose of reducing variations in device characteristics and improving LSI performance and yield.
また、上記した第2の手段によれば、ベース、エミッタ
領域の形成される半導体層の厚みが一定で、ばらつきが
小さいため素子特性のばらつきが小さくなるとともに、
高濃度の半導体領域(埋込層)の上にこれと重複する低
濃度の半導体領域が形成され、これがコレクタ領域とし
て使用されるため、カーク効果によるベースの広がりを
防止しかつベース・コレクタ間耐圧を向上させることが
でき、その結果、素子特性の電流依存性を小さくし、か
つ耐圧の良好なSOT構造のバイポーラトランジスタを
得ることができる。Further, according to the above-mentioned second means, the thickness of the semiconductor layer in which the base and emitter regions are formed is constant and the variation is small, so the variation in device characteristics is reduced, and
A low-concentration semiconductor region is formed on top of the high-concentration semiconductor region (buried layer) and is used as a collector region, which prevents the spread of the base due to the Kirk effect and prevents base-collector breakdown voltage. As a result, it is possible to obtain a bipolar transistor with an SOT structure in which the dependence of device characteristics on current is reduced and a good withstand voltage is achieved.
[実施例コ
以下、本発明をベース、エミッタ自己整合型バイポーラ
トランジスタに適用した場合のプロセスの一例を第1図
(A)〜()I)を用いて説明する。[Embodiment 1] An example of a process in which the present invention is applied to a base-emitter self-aligned bipolar transistor will be described below with reference to FIGS. 1(A) to 1()I).
先ず、N型シリコン基板1の裏面にAs(砒素)のよう
なN型不純物をイオン打込みした後、熱処理を行ない高
濃度半導体領域2を形成する。シリコン基板1としては
例えば厚み約500μmでシート抵抗がおよそ1Ω・印
の基板を用い、イオン打込み条件としては例えば打込み
エネルギ100KeV、打込み量1.5XIO’″cm
−”程度とし、熱処理条件としては、温度1000℃で
処理時間60分前後を設定する。これによって、シリコ
ン基板lの裏面に、後に埋込層となる深さ約1.0μm
、キャリア濃度1 、 5 X I O”cm−”の高
濃度N1型半導体領域2を形成することができる。その
後、通常の熱酸化により酸化シリコン膜(熱酸化[)3
を形成する(第1図(A))。First, an N-type impurity such as As (arsenic) is ion-implanted into the back surface of an N-type silicon substrate 1, and then heat treatment is performed to form a high concentration semiconductor region 2. As the silicon substrate 1, for example, a substrate with a thickness of about 500 μm and a sheet resistance of about 1 Ω·mark is used, and the ion implantation conditions are, for example, implantation energy of 100 KeV and implantation amount of 1.5XIO'″cm.
-", and the heat treatment conditions are set at a temperature of 1000°C and a treatment time of around 60 minutes. As a result, a depth of about 1.0 μm, which will later become a buried layer, is formed on the back surface of the silicon substrate l.
, a high concentration N1 type semiconductor region 2 having a carrier concentration of 1.5 X IO "cm-" can be formed. After that, a silicon oxide film (thermal oxidation [) 3
(Fig. 1(A)).
なお、熱酸化膜3の厚みは5000人程度炉上い。また
、上記イオン打込みによるN+型半導体領域2の形成は
、As以外にSb(アンチモン)やP(リン)等を不純
物として用いてもよい。ただし、これらのうちではAs
がシリコンに対し最も固溶度が高くかつ拡散速度も遅い
ので、低抵抗のN+型半導体領域2を得るためにAsを
用いるのが良い。また、不純物の導入はイオン打込み法
によらず熱拡散法であってもよい。Note that the thickness of the thermal oxide film 3 is approximately 5,000 people. Further, in forming the N+ type semiconductor region 2 by the above-mentioned ion implantation, Sb (antimony), P (phosphorous), etc. may be used as an impurity in addition to As. However, among these, As
Since As has the highest solid solubility in silicon and has the slowest diffusion rate, it is preferable to use As to obtain the N+ type semiconductor region 2 with low resistance. In addition, the impurity may be introduced by a thermal diffusion method instead of the ion implantation method.
熱酸化M3を形成した後、基板lの裏面すなわち熱酸化
膜3の下面に500μm程度の別のシリコン基板4を接
着させる。2つの基板1と4の接着方法としては、平坦
度の良い両県板を室温で重ね合わせた後、高温(例えば
1100℃、60分〉でアニールする方法、重ね合わせ
時に電圧を印加(100V〜500V)L、、静電圧力
により接着した後、高温(1100℃、30分)でアニ
ールする方法等が知られている。After forming the thermally oxidized film M3, another silicon substrate 4 having a thickness of about 500 μm is bonded to the back surface of the substrate l, that is, the lower surface of the thermally oxidized film 3. The two substrates 1 and 4 can be bonded by stacking the two boards with good flatness at room temperature and then annealing them at a high temperature (for example, 1100°C for 60 minutes), or by applying a voltage (100V to 500V)L, a method of bonding by electrostatic force and then annealing at a high temperature (1100° C., 30 minutes) is known.
基板接着後、片面研摩装置により下側の基板4の下面を
基準にして上側のシリコン基板lを上方より研摩し、約
2.5μmの厚さの半導体層1″を残す(第1図(B)
)。なお、研摩後の半導体層1′は±0.5μm程度の
ばらつきを有する。After bonding the substrates, the upper silicon substrate 1 is polished from above using a single-sided polishing device with the lower surface of the lower substrate 4 as a reference, leaving a semiconductor layer 1'' with a thickness of about 2.5 μm (see Fig. 1 (B). )
). Note that the semiconductor layer 1' after polishing has a variation of about ±0.5 μm.
表面研摩後、SOI基板をイオン注入装置に入れ、表面
から2段階のN型不純物のイオン打込みを行う。不純物
としてはリンイオンがよく、打込み条件は1回目を打込
みエネルギ600KeV。After surface polishing, the SOI substrate is placed in an ion implanter, and N-type impurity ions are implanted from the surface in two steps. Phosphorus ions are a good impurity, and the implantation conditions are a first implantation energy of 600KeV.
ドーズ量I X I O”cm−”とし、2回目をエネ
ルギ1.5MKeV、 ドーズ量4 X 1013c
m−”とするとよい。これによって第1図(C)に示す
ように前記高濃度半導体領域2と重なり合うイオン打込
み領域5を形成することができる。その後、例えばt
ooo℃、30分の条件で熱処理を行なって、打ち込ま
れたイオンを活性化させ、基板1よりも不純物濃度が高
く、高濃度半導体領域2よりも低い濃度の中濃度半導体
領域5′とする。The dose was I
m-''. By this, as shown in FIG.
A heat treatment is performed at 00° C. for 30 minutes to activate the implanted ions and form a medium-concentration semiconductor region 5' having a higher impurity concentration than the substrate 1 and a lower concentration than the high-concentration semiconductor region 2.
なお、上記の場合、打ち込むイオンをp++またはp+
+1の形にすれば、上記打込みエネルギをそれぞれ1/
2と1/3に下げることができる。In the above case, the implanted ions are p++ or p+
If it is in the form of +1, each of the above driving energies will be reduced by 1/
It can be reduced to 2 and 1/3.
次に、バイポーラトランジスタを形成しようとする領域
(以下、素子領域と称する)の周囲に、前記熱酸化膜3
に達するような深い溝を異方性ドライエツチング等で形
成してから、表面酸化を行なって溝の内側に酸化シリコ
ン膜6を形成した後、ポリシリコンを基板全面に蒸着し
、エッチバックすることで上記溝の内側をポリシリコン
7で埋めてから表面のポリシリコンを酸化させて、表面
に酸化シリコン膜を形成してトレンチアイソレーション
領域9とする。また、溝内ポリシリコン表面の酸化シリ
コン膜の形成の際に素子領域の周囲およびベース領域と
コレクタ領域となる部位の境界の表面に、比較的厚いフ
ィールド酸化膜10を形成するとよい。その後、コレク
タ引上げ領域となる部位に選択的にN型不純物を高濃度
にイオン打込みもしくは拡散させて、前記高濃度半導体
領域2に達するようなN1型コレクタ引上げ領域11を
形成して第1図(D)の状態となる。Next, the thermal oxide film 3 is placed around a region where a bipolar transistor is to be formed (hereinafter referred to as an element region).
After forming a deep groove reaching 100 mm by anisotropic dry etching or the like, performing surface oxidation to form a silicon oxide film 6 inside the groove, polysilicon is deposited on the entire surface of the substrate and etched back. After filling the inside of the trench with polysilicon 7, the polysilicon on the surface is oxidized to form a silicon oxide film on the surface to form a trench isolation region 9. Furthermore, when forming the silicon oxide film on the surface of the polysilicon in the trench, it is preferable to form a relatively thick field oxide film 10 around the element region and on the surface of the boundary between the base region and the collector region. Thereafter, N-type impurities are selectively ion-implanted or diffused at a high concentration into the region that will become the collector pull-up region to form an N1-type collector pull-up region 11 that reaches the high-concentration semiconductor region 2, as shown in FIG. The state becomes D).
次に、基板表面にノンドープポリシリコン層12を蒸着
して表面酸化してからボロンのようなP型不純物をイオ
ン打込みで上記ポリシリコン層12に全面的に注入する
。その後、表面に酸化シリコン膜13をCVD法等によ
り形成してから、選択エツチングにより素子領域表面周
縁にベース引出し電極12aを残す(第1図(E))。Next, a non-doped polysilicon layer 12 is deposited on the substrate surface, the surface is oxidized, and then a P-type impurity such as boron is implanted into the entire surface of the polysilicon layer 12 by ion implantation. Thereafter, a silicon oxide film 13 is formed on the surface by CVD or the like, and then a base lead electrode 12a is left at the periphery of the surface of the element region by selective etching (FIG. 1(E)).
それから、熱処理を行ってポリシリコン(ベース引出し
電極)12aからの拡散によって、基板表面にP型の外
部ベース領域14aを形成する。Then, a heat treatment is performed to form a P-type external base region 14a on the substrate surface by diffusion from the polysilicon (base extraction electrode) 12a.
しかる後、基板表面全体に酸化シリコンのような絶縁物
を比較的厚く堆積してから、エッチバックを行うことで
、上記ベース引出し電極12aの側壁にサイドウオール
15を残す。その後、コレクタ引出し領域(11)の側
をレジストで覆い、このレジストおよびサイドウオール
15をイオン打込みマスクとしてP型不純物をベース引
出し電極12aの内側の基板表面に注入して、比較的浅
い真性ベース領域14bを形成してからマスクとなった
シジストを除去すると、第1図(F)の状態となる。Thereafter, an insulator such as silicon oxide is deposited relatively thickly over the entire surface of the substrate, and then etched back to leave a sidewall 15 on the sidewall of the base extraction electrode 12a. Thereafter, the side of the collector extraction region (11) is covered with a resist, and using this resist and the sidewall 15 as an ion implantation mask, P-type impurities are implanted into the substrate surface inside the base extraction electrode 12a to form a relatively shallow intrinsic base region. When the sydist serving as a mask is removed after forming 14b, the state shown in FIG. 1(F) is obtained.
次に、ノンドープポリシリコン層17を基板全面に蒸着
し、AsのようなN型不純物をイオン打込み法でポリシ
リコン層17に注入して熱処理を行う。これによって、
ポリシリコン層17からの不純物(As)拡散で基板表
面のベース領域14b上にN型エミッタ領域18が形成
される。その後、選択エツチングでポリシリコン層I7
をエツチングし、エミッタ領域18の上方にのみポリシ
リコンを残すことでエミッタ電極17aが形成される(
第1図(G))。このとき、エミッタ電極17aと上記
ベース電極12aとの間はサイドウオール(酸化シリコ
ン)15で絶縁される。Next, a non-doped polysilicon layer 17 is deposited over the entire surface of the substrate, and an N-type impurity such as As is implanted into the polysilicon layer 17 by ion implantation, followed by heat treatment. by this,
An N-type emitter region 18 is formed on the base region 14b on the substrate surface by diffusion of impurity (As) from the polysilicon layer 17. After that, the polysilicon layer I7 is etched by selective etching.
The emitter electrode 17a is formed by etching and leaving the polysilicon only above the emitter region 18 (
Figure 1 (G)). At this time, the emitter electrode 17a and the base electrode 12a are insulated by a side wall (silicon oxide) 15.
その後、基板表面に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の
ような絶縁膜19を形成し、この絶縁膜19にコンタク
トホールやスルーホールを形成してからアルミニウム層
20を蒸着し、バターニングを行い、ベース電極12a
とエミッタ電極17aおよびコレクタ引上げ領域11に
それぞれ接触されたアルミ電極20 a、 20 b
、 20 cを形成する(第1図(H))。After that, an insulating film 19 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the surface of the substrate, contact holes and through holes are formed in this insulating film 19, and then an aluminum layer 20 is deposited and patterned. Electrode 12a
and aluminum electrodes 20a and 20b that are in contact with the emitter electrode 17a and the collector pull-up region 11, respectively.
, 20c (Fig. 1(H)).
次に、アルミ電極20a〜20c上に、蒸着によるS
i O,膜やSi、N、膜あるいはSOG (スピンオ
ングラス)膜のような層間絶縁膜を被着してから2層目
のアルミ配線を形成し、その上にさらに第2の層間絶縁
膜を被着した後、3層目のアルミ配線を形成し、その上
にパッシベーション膜を被着して完成状態とされる。Next, S is deposited on the aluminum electrodes 20a to 20c by vapor deposition.
After depositing an interlayer insulating film such as iO, Si, N, or SOG (spin-on-glass) film, a second layer of aluminum wiring is formed, and then a second interlayer insulating film is formed on top of it. After the deposition, a third layer of aluminum wiring is formed, and a passivation film is deposited thereon to complete the process.
第2図には、上記実施例のバイポーラトランジスタの平
面図が示されている。FIG. 2 shows a plan view of the bipolar transistor of the above embodiment.
同図において、右下がりのハツチングが施された領域が
素子領域を囲むように形成された矩形棒状のトレンチア
イソレーション領域9である。また、この実施例では基
板表面全体にフィールド酸化膜10が形成されており、
その開口部にベース、エミッタやコレクタ引上げ領域が
形成される。第2図に符号10a、10bで示すのが、
フィールド酸化膜10に形成された素子領域のための開
口部である。In the figure, a region with hatching extending downward to the right is a rectangular bar-shaped trench isolation region 9 formed so as to surround the element region. Furthermore, in this embodiment, a field oxide film 10 is formed over the entire surface of the substrate.
A base, emitter and collector pulling region are formed in the opening. The symbols 10a and 10b in FIG.
This is an opening for an element region formed in the field oxide film 10.
さらに、符号12a、17aは各々ポリシリコンからな
るベース引出し電極とエミッタ電極で、右上がりのハツ
チングが施されている部分が、両電極間を絶縁するサイ
ドウオール15である。また、21a、21bはそれぞ
れアルミ′11極20a。Further, reference numerals 12a and 17a are a base extraction electrode and an emitter electrode made of polysilicon, respectively, and the hatched portion extending upward to the right is a sidewall 15 that insulates between the two electrodes. Further, 21a and 21b are aluminum'11 poles 20a, respectively.
20bをベース引出し電極12aおよびエミッタ電極1
7aに接続させるためのコンタクトホール、21cはア
ルミ電極20cをコレクタ引上げ領域11へ接触させる
ためのコンタクトホールである。20b as base extraction electrode 12a and emitter electrode 1
A contact hole 21c is a contact hole for connecting the aluminum electrode 20c to the collector pull-up region 11.
上記実施例のトランジスタのバラツキを知るため、ベー
ス、エミッタ形成領域の深さ方向の不純物濃度のプロフ
ァイルを調べた。濃度プロファイルは、第1図(C)の
段階での基板の各層の厚みを誇張して示した第3図に符
号A−A’ B−B’、c−c’で示された3カ所に
ついて調べ、第4図(A)、(B)、(C)にそれぞれ
測定結果を示した。すなわち、同図(A)は研摩後の半
導体!1’ の最も薄い部分の濃度プロファイル、同図
(C)は最も厚い部分の濃度プロファイル、同図(B)
は中間の厚みの部分の濃度プロファイルである。In order to understand the variations in the transistors of the above embodiments, the profile of impurity concentration in the depth direction of the base and emitter forming regions was investigated. The concentration profiles are shown at three locations indicated by symbols A-A', B-B', and c-c' in Figure 3, which exaggerates the thickness of each layer of the substrate at the stage of Figure 1 (C). The measurement results are shown in Figures 4 (A), (B), and (C). In other words, the same figure (A) is the semiconductor after polishing! The concentration profile of the thinnest part of 1' (C) is the concentration profile of the thickest part, (B) of the same figure
is the concentration profile at the intermediate thickness.
なお、第4図において、符号aはエミッタ領域18のN
型不純物濃度西線、符号すは真性ベース領域14aのP
型不純物濃度曲線、符号Cは1回目のイオン打込み、符
号dは2回目のイオン打込みによる中濃度半導体領域5
″のN型不純物濃度曲線、符号eは基板裏面からのイオ
ン打込みによる高濃度半導体領域2の不純物濃度曲線を
それぞれ示す。In addition, in FIG. 4, the symbol a indicates N of the emitter region 18.
Type impurity concentration west line, symbol P of the intrinsic base region 14a
type impurity concentration curve, symbol C indicates the medium concentration semiconductor region 5 resulting from the first ion implantation, and symbol d represents the medium concentration semiconductor region 5 resulting from the second ion implantation.
'' indicates an N-type impurity concentration curve, and symbol e indicates an impurity concentration curve of the high concentration semiconductor region 2 formed by ion implantation from the back surface of the substrate.
同図より、半導体層1′の厚みが2〜3μmとばらつい
ても、中濃度半導体領域5′の深さは約0.4μmとほ
ぼ一定となる。また、イオン打込みを1回のみにすると
、符号dの部分がないと考えてよいので、厚くなると第
1図(C)より明らかなように低濃度半導体領域5°と
高濃度半導体領域2とが離れてしまって、コレクタ抵抗
が高くなるが、2回の打込みで中濃度半導体領域5″の
プロファイルをフラットにできることが分かる。From the figure, even if the thickness of the semiconductor layer 1' varies from 2 to 3 .mu.m, the depth of the medium concentration semiconductor region 5' remains approximately constant at about 0.4 .mu.m. Furthermore, if the ion implantation is performed only once, it can be considered that there is no part marked d, so as it becomes thicker, the low concentration semiconductor region 5° and the high concentration semiconductor region 2 are separated, as is clear from FIG. Although the collector resistance increases due to the separation, it can be seen that the profile of the medium concentration semiconductor region 5'' can be flattened by two implantations.
さらに、1回目のイオン打込み(エネルギ600KeV
)による中濃度半導体領域5′の最大濃度は3XlO”
印−”となり、2@目のイオン打込み(エネルギ1Me
V)による最大濃度は8X10印−°となり高濃度半導
体領域2とはlO′〜10°程度の濃度差があることが
分かる。Furthermore, the first ion implantation (energy 600KeV
), the maximum concentration of the medium concentration semiconductor region 5' is 3XlO''
The mark becomes “-”, and the second @ ion implantation (energy 1Me
It can be seen that the maximum concentration due to V) is 8×10 mark −°, and there is a concentration difference of about 10′ to 10° from the high concentration semiconductor region 2.
一般にベース領域14aと埋込層としての高濃度半導体
領域2との間の半導体領域の濃度がlO”c+N’以下
のトランジスタすなわち上記濃度差が10’cm−”以
上のトランジスタでは、カーク効果によりコレクタ電流
が大きくなるに従ってベース領域14aが下方へ広がっ
て特性が劣化してしまい、また中濃度半導体領域5°の
濃度が1013以上高くなるとベース・コレクタ間耐圧
が低下してしまう。しかし、上記実施例のトランジスタ
にあっては、ベース領域14aと高濃度半導体領域3と
の間にlO゛〜1013am−”程度の中濃度半導体領
域5″があるため、素子特性の電流依存性が少ないとと
もに、ベース・コレクタ間耐圧も高いという利点がある
。Generally, in a transistor in which the concentration of the semiconductor region between the base region 14a and the high concentration semiconductor region 2 as a buried layer is less than 1O"c+N', that is, in a transistor in which the concentration difference is 10'cm-" or more, the collector As the current increases, the base region 14a spreads downward, deteriorating the characteristics, and if the concentration of the medium concentration semiconductor region 5° increases to 1013 or more, the base-collector breakdown voltage decreases. However, in the transistor of the above embodiment, since there is a medium concentration semiconductor region 5'' of about 10~1013 am-'' between the base region 14a and the high concentration semiconductor region 3, the current dependence of the device characteristics is It has the advantage of being small in size and also having a high base-collector breakdown voltage.
従来のデバイスとの特性の違いを知るため、上記実施例
の構造のバイポーラトランジスタを用いてEりLゲート
を構成し、その遅延時間を利足した。In order to understand the difference in characteristics from conventional devices, an E-L gate was constructed using the bipolar transistor having the structure of the above embodiment, and its delay time was taken advantage of.
第7図に結果を示す。ここでは、横軸に半導体層1′の
厚み、縦軸にECLゲートの遅延時間を示している。符
号Aの曲線は、裏面からの拡散層のみの従来のトランジ
スタを用いた場合の遅延時間のばらつきを示している。Figure 7 shows the results. Here, the horizontal axis shows the thickness of the semiconductor layer 1', and the vertical axis shows the delay time of the ECL gate. The curve A shows the variation in delay time when a conventional transistor having only a diffusion layer from the back side is used.
厚さの中心値を167μmに設定して最適設計をした場
合、厚さが±0.5μmばらつくとそれに対応したバイ
ポーラの特性の変動のため、遅延時間が大幅に(約70
%)ばらつく。一方、符号Bの曲線は、本実施例のトラ
ンジスタを用いてECLゲートを構成した場合のもので
、半導体層1′の厚さがばらついても、遅延時間のばら
つきは10%以下に抑えられる。即ち、プロセスコスト
の高いエピタキシャル成長を用いずに、高速でばらつき
の少ないバイポーラトランジスタを形成することができ
ることが分かる。When an optimal design is performed with the center value of the thickness set to 167 μm, if the thickness varies by ±0.5 μm, the delay time will significantly increase (approximately 70 μm) due to the corresponding change in bipolar characteristics.
%) varies. On the other hand, the curve B indicates the case where an ECL gate is constructed using the transistor of this embodiment, and even if the thickness of the semiconductor layer 1' varies, the variation in delay time can be suppressed to 10% or less. That is, it can be seen that bipolar transistors can be formed at high speed and with little variation without using epitaxial growth, which has a high process cost.
なお、上記実施例では、中濃度半導体領域5″の形成を
表面からの2段階のイオン打込みで行なったが、厚さの
ばらつきに応じて1段のみまたは3段以上のイオン打込
みの重ね合わせを行なうことも考えられる。In the above embodiment, the medium concentration semiconductor region 5'' was formed by two steps of ion implantation from the surface, but depending on the variation in thickness, only one step or three or more steps of ion implantation may be performed. It is also possible to do so.
さらに、上記実施例では比較的エネルギの高いイオン打
込みを行ない熱処理(1000℃)によりイオン打込み
の欠陥を除去するようにしているが、アニールで欠陥を
除去できるのは、イオン種にもよるが、リンの場合で通
常約lXl01cm以下である。従って上記実施例では
必要に応じてlXl0’cm−”まで打込量を調整でき
る。即ち、不純物濃度は1xlO“”cm’以下が実用
的な範囲である。Furthermore, in the above embodiment, relatively high-energy ion implantation is performed and defects caused by ion implantation are removed by heat treatment (1000°C), but defects can be removed by annealing, although it depends on the ion species. In the case of phosphorus, it is usually about 1×101 cm or less. Therefore, in the above embodiment, the implantation amount can be adjusted up to 1×10'cm-' as required. That is, the impurity concentration is within a practical range of 1x10'cm' or less.
さらに、コレクタ抵抗を下げるための高濃度半導体領域
(埋込層)2の代わりに、W(タングステン)やTi、
Co、PC等高融点金属のシリサイド層を用いてもよい
。この場合、シリサイド層のシリコン基板からの剥離を
防止するため、ポリシリコン層等のバッファ層を介して
シリコン基板の裏面にシリサイド層を形成するとよい。Furthermore, instead of the highly doped semiconductor region (buried layer) 2 for lowering the collector resistance, W (tungsten), Ti,
A silicide layer of a high melting point metal such as Co or PC may also be used. In this case, in order to prevent the silicide layer from peeling off from the silicon substrate, it is preferable to form the silicide layer on the back surface of the silicon substrate with a buffer layer such as a polysilicon layer interposed therebetween.
また、絶縁膜3はシリコン基板1の裏面でなく、接合さ
れる他方のシリコン基板4の表面に形成しておいて2つ
の基板を貼り合わせればよい。Further, the insulating film 3 may be formed not on the back surface of the silicon substrate 1 but on the surface of the other silicon substrate 4 to be bonded, and the two substrates may be bonded together.
以上説明したように上記実施例のバイポーラトランジス
タは、ウェーハ貼り合わせ方式のS○工基板において、
貼り合わせ前のシリコン基板の裏面に予め形成された高
濃度半導体領域と重複するようにシリコン基板の表面か
ら一定の深さの中濃度半導体領域を形成し、この中濃度
半導体領域の上方の低濃度半導体層にベース、エミッタ
領域を形成するようにしたので、ベース、エミッタ領域
の形成される低濃度半導体層の厚みのばらつきが小さく
一定となるため、素子特性のばらつきが小さくなるとと
もに、高濃度半導体領域(埋込層)の上にこれと重複す
る中濃度半導体領域が形成され、これがコレクタ領域と
して使用されるため、カーク効果によるベースの広がり
を防止しがっベース・コレクタ間耐圧を向上させること
ができ、その結果素子特性の電流依存住が小さくなり、
かつ耐圧が向上するという効果がある。As explained above, the bipolar transistor of the above embodiment has the following characteristics:
A medium concentration semiconductor region is formed at a certain depth from the surface of the silicon substrate so as to overlap with a high concentration semiconductor region previously formed on the back surface of the silicon substrate before bonding, and a low concentration semiconductor region above this medium concentration semiconductor region is formed. Since the base and emitter regions are formed in the semiconductor layer, variations in the thickness of the lightly doped semiconductor layer in which the base and emitter regions are formed are small and constant, which reduces variations in device characteristics and also reduces the variation in the thickness of the lightly doped semiconductor layer where the base and emitter regions are formed. A medium-concentration semiconductor region is formed on top of the region (buried layer) and overlaps with this region, and this is used as the collector region, which prevents the spread of the base due to the Kirk effect and improves the breakdown voltage between the base and collector. As a result, the current dependence of the device characteristics becomes smaller.
Moreover, there is an effect that the withstand voltage is improved.
また、SOI構造のトランジスタの長所であるα線強度
が高いという利点もある。Another advantage of the SOI structure transistor is high α-ray intensity.
第5図には、本発明をB1−CMOS集積回路に適用し
た場合の一実施例が示されている。FIG. 5 shows an embodiment in which the present invention is applied to a B1-CMOS integrated circuit.
この実施例の半導体集積回路装置と第1の実施例の装置
との相違は、表面からのイオン打込みによる中濃度半導
体領域5′ を基板全体でなく、エミッタ領域18の下
方のみに限定している点と、同一基板上にバイポーラト
ランジスタとともにPチャンネルMO8FETとNチャ
ンネルMO3FETとが形成されている点にある。The difference between the semiconductor integrated circuit device of this embodiment and the device of the first embodiment is that the medium-concentration semiconductor region 5' formed by ion implantation from the surface is limited only to the lower part of the emitter region 18, rather than to the entire substrate. The second point is that a P-channel MO8FET and an N-channel MO3FET are formed together with a bipolar transistor on the same substrate.
以下、第5図のデバイス構造を第1図の実施例のトラン
ジスタと同一部位には同一符号を付して、重複した説明
は省略し、相違点について説明する。Hereinafter, in the device structure of FIG. 5, the same parts as those of the transistor of the embodiment shown in FIG. 1 will be denoted by the same reference numerals, redundant explanation will be omitted, and differences will be explained.
この実施例では、エミッタ領域18の下方にのみ、基板
表面からのN型不純物(P)のイオン打込みで、裏面か
らの不純物注入による高濃度半導体領域2と重なる中濃
度半導体領域5″が選択的に形成されている。コレクタ
電流が流れるのは、専らエミッタ領域18の下方のみで
あるので、中濃度半導体領域5″がエミッタ領域の下方
に限定されていても、第1図の構造のトランジスタに比
べて特性が劣化することはない。In this embodiment, by ion implantation of N-type impurity (P) from the surface of the substrate only below the emitter region 18, a medium concentration semiconductor region 5'' overlapping with the high concentration semiconductor region 2 is selectively implanted by impurity implantation from the back surface. Since the collector current flows only below the emitter region 18, even if the medium concentration semiconductor region 5'' is limited below the emitter region, the transistor having the structure shown in FIG. The characteristics do not deteriorate in comparison.
また、上記局所的な中濃度半導体領域5″の形成は、例
えば第6図に示すようにベース引出し電極12a内側の
エミッタ窓開は加工直後にそのレジストマスク25を用
いてイオン打込みを行うようにすれば、マスク枚数を増
加させることなく、選択的に中濃度半導体領域5″をエ
ミッタの下方に形成することができる。Further, the formation of the above-mentioned local medium concentration semiconductor region 5'' is carried out by performing ion implantation using the resist mask 25 immediately after the emitter window opening inside the base extraction electrode 12a is processed, as shown in FIG. 6, for example. Then, the medium concentration semiconductor region 5'' can be selectively formed below the emitter without increasing the number of masks.
さらに、この実施例では、トレンチアイソレーション領
域9によって囲まれたNウェル領域3゜の表面にゲート
電極31とそのサイドウオール15′ をマスクとして
その両側に自己整合的にP型ソース、ドレイン領域33
a、33bが形成されているとともに、Nウェル領域3
o底部には裏面からのN型不純物の注入による高濃度半
導体領域2′が形成されている。この高濃度半導体領域
2′はPチャンネルMO3FETの基板抵抗を下げる作
用をなす。上記実施例では、当初のシリコン基板lの濃
度が101〜1013cm−”程度であるときは、Nウ
ェル領域30に何ら不純物を導入する必要はない。また
、当初のシリコン基板lの濃度が10゛c+N’以下の
ときは、バイポーラトランジスタ側中濃度半導体領域5
″の形成と同時もしくは全く別の工程でイオン打込みに
よりNウェル領域30を形成することができる。Furthermore, in this embodiment, P-type source and drain regions 33 are formed on the surface of the N-well region 3° surrounded by the trench isolation region 9 in a self-aligned manner on both sides using the gate electrode 31 and its sidewalls 15' as masks.
a, 33b are formed, and the N well region 3
A heavily doped semiconductor region 2' is formed at the bottom of the semiconductor layer 2' by implanting N-type impurities from the back surface. This heavily doped semiconductor region 2' serves to lower the substrate resistance of the P-channel MO3FET. In the above embodiment, when the initial concentration of the silicon substrate l is about 101 to 1013 cm-'', there is no need to introduce any impurity into the N-well region 30. When c+N' or less, the bipolar transistor side medium concentration semiconductor region 5
The N-well region 30 can be formed by ion implantation at the same time as or in a completely separate step from the formation of the N-well region 30.
一方、この実施例ではトレンチアイソレーション領域9
によって囲まれたPウェル領域40上にゲート電極4I
とソース、ドレイン領域43a。On the other hand, in this embodiment, the trench isolation region 9
A gate electrode 4I is placed on the P well region 40 surrounded by
and source and drain regions 43a.
43bが形成されているとともに、Pウェル領域40の
底部には半絶縁性領域44が形成されている。この半絶
縁性領域44はゲート電極形成前に01イオンを選択的
にイオン打込み法で酸化シリコン膜3と重なるように注
入してから熱処理することで形成できる。SOI構造以
外の基板では、基板内部に埋込層の形で絶縁領域を形成
することは困難であるが、SOT基板では内部に酸化シ
リコン層3がもともと存在するため、表面からのO、イ
オンの打込みで、ゲート電圧を印加したときの空乏層の
広がりを抑える程度の濃度の半絶縁性領域を比較的容易
に形成することができる。Pウェル領域40の底部に半
絶縁性領域44を形成することによりPウェルを浅くす
ると、MOSFETのキャリア移動度が高くなり、素子
特性が向上するという利点がある。43b is formed, and a semi-insulating region 44 is formed at the bottom of the P well region 40. This semi-insulating region 44 can be formed by selectively implanting 01 ions using an ion implantation method so as to overlap with the silicon oxide film 3 before forming the gate electrode, and then performing heat treatment. With substrates other than SOI structures, it is difficult to form an insulating region in the form of a buried layer inside the substrate, but since the silicon oxide layer 3 originally exists inside the SOT substrate, O and ions from the surface are not absorbed. By implantation, it is possible to relatively easily form a semi-insulating region with a concentration sufficient to suppress the expansion of the depletion layer when a gate voltage is applied. Making the P-well shallower by forming a semi-insulating region 44 at the bottom of the P-well region 40 has the advantage of increasing the carrier mobility of the MOSFET and improving device characteristics.
以上説明したように上記実施例は、ウェーハ貼り合わせ
方式のSOI基板に半導体集積回路を形成する場合にお
いて、基板表面を研摩した後、シリコン基板の表面側か
らイオン打込み法で不純物を導入し熱処理することで、
表面から一定深さの半導体領域もしくは半絶縁性領域を
形成し、その上の一定の厚みの半導体層をバイポーラト
ランジスタやMOSトランジスタの動作領域として利用
するようにしたので、たとえ研摩のばらつきが大きくて
もイオン打込みにより表面から一定の深さに半導体領域
または半絶縁性領域が形成されるため、その上のデバイ
ス動作領域となる半導体層の厚みのばらつきは非常に小
さくなる。これによって素子の特性のばらつきを低減し
、LSIの性能および歩留りを向上させることができる
という効果がある。As explained above, in the above embodiment, when a semiconductor integrated circuit is formed on an SOI substrate using a wafer bonding method, after polishing the substrate surface, impurities are introduced from the surface side of the silicon substrate by ion implantation and heat treatment is performed. By that,
A semiconductor region or a semi-insulating region is formed at a certain depth from the surface, and the semiconductor layer with a certain thickness above it is used as the operating region of bipolar transistors and MOS transistors, so even if there are large variations in polishing, Also, since a semiconductor region or a semi-insulating region is formed at a certain depth from the surface by ion implantation, variations in the thickness of the semiconductor layer which forms the device operation region thereon are extremely small. This has the effect of reducing variations in device characteristics and improving LSI performance and yield.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
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。例えば上記実施例では素
子間分離領域としてトレンチアイソレーション構造を用
いているが、PN接合分離や絶縁膜による分離を用いて
もよい。Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor. For example, in the above embodiment, a trench isolation structure is used as the element isolation region, but PN junction isolation or isolation using an insulating film may also be used.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシリコンLSIに適
用したものについて説明したが、この発明はそれに限定
されるものでなく、GaASその他化合物半導体デバイ
スにも利用することができる。In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly applied to silicon LSI, which is the background application field, but this invention is not limited thereto, and is applicable to GaAS and other compound semiconductor devices. can also be used.
[発明の効果]
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。[Effects of the Invention] The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below.
すなわち、貼り合わせ方式のSOI基板を用いた半導体
装置において、たとえ研摩のばらつきが大きくてもイオ
ン打込みにより表面から一定の深さに半導体領域または
半絶縁性領域が形成されるため、その上のデバイス動作
領域となる半導体層の厚みのばらつきは非常に小さくな
る。これによって素子の特性のばらつきを低減し、LS
Iの性能および歩留りの向上させるとともに、ベース、
エミッタ領域の形成される半導体層の厚みが一定で、ば
らつきが小さいため素子特性のばらつきが小さくなると
ともに、高濃度半導体領域(埋込層)の上にこれを重複
する中濃度半導体領域が形成され、これがコレクタ領域
として使用されるため、カーク効果によるベースの広が
りを防止しかつベース・コレクタ間耐圧を向上させるこ
とができ、その結果、素子特性の電流依存住を小さくし
、かつ耐圧の良好なSOI構造のバイポーラトランジス
タを得ることができる。In other words, in a semiconductor device using a bonded type SOI substrate, even if there are large variations in polishing, a semiconductor region or a semi-insulating region is formed at a certain depth from the surface by ion implantation, so the device on it is Variations in the thickness of the semiconductor layer serving as the operating region become extremely small. This reduces variations in device characteristics and increases the
In addition to improving the performance and yield of I, the base,
Since the thickness of the semiconductor layer in which the emitter region is formed is constant and the variation is small, variations in device characteristics are reduced, and a medium-concentration semiconductor region is formed on and overlapping the high-concentration semiconductor region (buried layer). Since this is used as the collector region, it is possible to prevent the spread of the base due to the Kirk effect and improve the breakdown voltage between the base and collector. A bipolar transistor with an SOI structure can be obtained.
第1図(A)〜(H)は、本発明をバイポーラLSIに
適用した場合に一実施例を工程順に示す断面図、
第2図は本発明を適用したパイボーラトランジスタの平
面図、
第3図は研摩後イオン打込み終了後のウェーハの状態を
示す断面図、
第4図(A)〜(C)は、トランジスタ形成後の第3図
におけるA−A’ 、B−B’ 、C−C’線に沿った
不純物濃度分布を示すグラフ、第5図は本発明をBi−
0MO8LSIに適用した場合の一実施例を示す断面図
、
第6図はそのプロセスの途中における中濃度半導体領域
(ペデスタル)の形成方法の一例を示す断面図、
第7図は本発明を適用したバイポーラLSIと従来のバ
イポーラLSIにおけるECLゲートのゲート遅延時間
と埋込層の深さとの関係を示すグラフ、
第8図は縦型バイポーラトランジスタにおけるエピタキ
シャル層(もしくはそれに相当する半導体層)の厚みと
カットオフ周波数、ベース・コレクタ間耐圧およびベー
ス・コレクタ間接合容量との関係を示すグラフである。
1.4・・・・シリコン基板、1′ ・・・・半導体層
、2・・・・高濃度半導体領域、3・・・・熱酸化膜、
5・・・・イオン打込み層、5′ ・・・・中濃度半導
体領域、6・・・・酸化シリコン膜、7・・・・ポリシ
リコン、9・・・・トレンチアイソレーション領域、l
O・・・・フィールド酸化膜、12a・・・・ベース引
出し電極1.14a・・・・外部ベース領域、14b・
・・・真性ベース領域、15・・・・サイドウオール、
17a・・・・エミッタ電極。
第
図
(A)
A′
第
図
第
図1(A) to 1(H) are cross-sectional views showing one embodiment of the present invention in the order of steps when applied to a bipolar LSI; FIG. 2 is a plan view of a pibolar transistor to which the present invention is applied; The figure is a cross-sectional view showing the state of the wafer after polishing and ion implantation, and Figures 4 (A) to (C) are A-A', B-B', and C-C in Figure 3 after transistor formation. 5 is a graph showing the impurity concentration distribution along the line 'Bi-
0MO8LSI is a cross-sectional view showing an example of the method of forming a medium concentration semiconductor region (pedestal) in the middle of the process. FIG. 7 is a bipolar device to which the present invention is applied. A graph showing the relationship between the gate delay time of the ECL gate and the depth of the buried layer in LSI and conventional bipolar LSI. Figure 8 shows the thickness and cutoff of the epitaxial layer (or equivalent semiconductor layer) in a vertical bipolar transistor. 7 is a graph showing the relationship between frequency, base-collector breakdown voltage, and base-collector junction capacitance. 1.4...Silicon substrate, 1'...Semiconductor layer, 2...High concentration semiconductor region, 3...Thermal oxide film,
5...Ion implantation layer, 5'...Medium concentration semiconductor region, 6...Silicon oxide film, 7...Polysilicon, 9...Trench isolation region, l
O...Field oxide film, 12a...Base extraction electrode 1.14a...External base region, 14b...
...Intrinsic base area, 15...Side wall,
17a...Emitter electrode. Figure (A) A' Figure Figure
Claims (1)
OI構造の基板上にバイポーラトランジスタが形成され
てなる半導体装置において、上記絶縁体と接する半導体
基板の裏面側に第1の導電型の高濃度半導体領域が形成
され、かつこの高濃度半導体領域と重なるように表面か
ら一定深さに上記高濃度半導体領域と同一導電型でそれ
よりも低濃度の半導体領域が形成され、この相対低濃度
半導体領域の上方の半導体層内に第2導電型の半導体領
域が、さらにその上に第1導電型の半導体領域が形成さ
れていることを特徴とする半導体装置。 2、上記高濃度半導体領域の不純物濃度は、1×10^
1^3cm^−^3以上であり、上記相対低濃度半導体
領域の不純物濃度は1×10^1^6cm^−^3以上
1×10^1^5cm^−^3以下であることを特徴と
する請求項1記載の半導体装置。 3、絶縁体上に半導体単結晶基板を貼り合わせてなるS
OI構造の基板上に半導体素子を形成するにあたり、貼
り合わせ後の基板の表面を研摩した後、表面からイオン
打込み法で不純物を導入し、熱処理することで表面から
一定深さの半導体領域もしくは半絶縁性領域を形成する
ようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 4、貼り合わせ前の半導体単結晶基板の裏面に高濃度半
導体領域を形成した後、上記基板の裏面に少なくとも表
面に絶縁層を有する基板を貼り合わせて表面を研摩して
から、SOI基板の表面よりイオン打込み法で不純物を
導入し、熱処理することで表面から一定深さに、上記高
濃度半導体領域と重なるように上記高濃度半導体領域と
同一導電型でそれよりも低濃度の半導体領域を形成する
ようにしたことを特徴とする請求項3記載の半導体装置
の製造方法。[Claims] 1. S made by laminating a semiconductor single crystal substrate on an insulator
In a semiconductor device in which a bipolar transistor is formed on a substrate with an OI structure, a high concentration semiconductor region of a first conductivity type is formed on the back side of the semiconductor substrate in contact with the insulator, and overlaps with the high concentration semiconductor region. A semiconductor region of the same conductivity type as the high concentration semiconductor region but with a lower concentration than the high concentration semiconductor region is formed at a certain depth from the surface, and a semiconductor region of a second conductivity type is formed in the semiconductor layer above this relatively low concentration semiconductor region. A semiconductor device further comprising a semiconductor region of a first conductivity type formed thereon. 2. The impurity concentration of the high concentration semiconductor region is 1×10^
1^3cm^-^3 or more, and the impurity concentration of the relatively low concentration semiconductor region is 1x10^1^6cm^-^3 or more and 1x10^1^5cm^-^3 or less. 2. The semiconductor device according to claim 1. 3.S made by laminating a semiconductor single crystal substrate on an insulator
When forming a semiconductor element on a substrate with an OI structure, after polishing the surface of the substrate after bonding, impurities are introduced from the surface by ion implantation and heat treatment is performed to form a semiconductor region or semi-conductor at a certain depth from the surface. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that an insulating region is formed. 4. After forming a high concentration semiconductor region on the back surface of the semiconductor single crystal substrate before bonding, bonding a substrate having at least an insulating layer on the surface to the back surface of the substrate, polishing the surface, and then polishing the surface of the SOI substrate. Introducing impurities by ion implantation and heat treatment forms a semiconductor region of the same conductivity type as the high concentration semiconductor region but with a lower concentration than the high concentration semiconductor region at a certain depth from the surface so as to overlap with the high concentration semiconductor region. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1325244A JPH03185837A (en) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1325244A JPH03185837A (en) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03185837A true JPH03185837A (en) | 1991-08-13 |
Family
ID=18174641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1325244A Pending JPH03185837A (en) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03185837A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980060633A (en) * | 1996-12-31 | 1998-10-07 | 김영환 | Semiconductor Wafer Manufacturing Method |
| JP2006216972A (en) * | 1991-09-27 | 2006-08-17 | Harris Corp | Complementary bipolar transistor having high early voltage, high frequency performance and high breakdown voltage characteristics and method of manufacturing the same |
-
1989
- 1989-12-15 JP JP1325244A patent/JPH03185837A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216972A (en) * | 1991-09-27 | 2006-08-17 | Harris Corp | Complementary bipolar transistor having high early voltage, high frequency performance and high breakdown voltage characteristics and method of manufacturing the same |
| KR19980060633A (en) * | 1996-12-31 | 1998-10-07 | 김영환 | Semiconductor Wafer Manufacturing Method |
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