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JP2011023429A - Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor integrated circuit device Download PDF

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JP2011023429A JP2009165084A JP2009165084A JP2011023429A JP 2011023429 A JP2011023429 A JP 2011023429A JP 2009165084 A JP2009165084 A JP 2009165084A JP 2009165084 A JP2009165084 A JP 2009165084A JP 2011023429 A JP2011023429 A JP 2011023429A
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device that uniformizes device characteristics by a simple process, and to provide a semiconductor integrated circuit device. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor device includes: a LOCOS oxide film forming step of forming a LOCOS oxide film 70 in a prescribed region 41 on the surface of a semiconductor substrate 40; a polysilicon forming step of forming a polysilicon film 90 so as to cover the boundary between the LOCOS oxide film 70 and the surface of the semiconductor substrate 40; and an ion implantation step in which ions are implanted into the surface of the semiconductor substrate 40 while using the polysilicon film 90 as a mask so as to form an impurity region 60 on the surface of the semiconductor substrate 40. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体集積回路装置に関し、特に、半導体基板の表面の所定領域に、LOCOS酸化膜を形成して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法及び半導体集積回路装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor integrated circuit device for manufacturing a semiconductor device by forming a LOCOS oxide film in a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate. .

従来から、半導体基板の表面に、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法によりLOCOS酸化膜を形成し、更にレジストを用いて、LOCOS酸化膜とレジストをマスクとしてイオンの打ち込みを行い、デバイスを形成する半導体装置の製造方法が知られている。   Conventionally, a semiconductor that forms a device by forming a LOCOS oxide film on the surface of a semiconductor substrate by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method, and further using a resist to implant ions using the LOCOS oxide film and the resist as a mask. Device manufacturing methods are known.

図10は、従来の半導体装置の製造方法の一例を示した図である。図10においては、NPNトランジスタの製造方法の一例を説明する。図10(a)は、LOCOS酸化膜形成工程を示した図である。左側が平面図、右側が断面図を示している。LOCOS酸化膜形成工程において、シリコン基板110上にN層120が形成された半導体基板140の表面に、LOCOS法によりLOCOS酸化膜170が形成される。左側の平面図に示すように、半導体基板140の表面のトランジスタ等のデバイスを形成する領域が、LOCOS酸化膜170で周囲を囲まれる。   FIG. 10 shows an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device. In FIG. 10, an example of a method for manufacturing an NPN transistor will be described. FIG. 10A shows a LOCOS oxide film forming step. The left side is a plan view and the right side is a cross-sectional view. In the LOCOS oxide film forming step, a LOCOS oxide film 170 is formed by a LOCOS method on the surface of the semiconductor substrate 140 on which the N layer 120 is formed on the silicon substrate 110. As shown in the left plan view, a region for forming a device such as a transistor on the surface of the semiconductor substrate 140 is surrounded by a LOCOS oxide film 170.

図10(b)は、ベース領域形成工程を示した図である。不純物領域を形成しない部分は、レジスト200で覆われ、不純物領域を形成する部分は、レジスト200で覆われないで露出された状態となる。この、レジスト200がパターニングされた状態で、半導体基板140にイオンが打ち込まれ、不純物の注入が行われる。イオンは、例えば、ボロン等が用いられる。イオンは、高エネルギーで打ち込みが行われ、LOCOS酸化膜170のある部分は、LOCOS酸化膜170を透過してイオンが打ち込まれる。LOCOS酸化膜170の無い部分は、直接N層120にイオンが打ち込まれる。イオンが打ち込まれた箇所は、不純物が注入されたベース領域150となる。LOCOS酸化膜170が無く、半導体基板140のN層120が露出した箇所は、高濃度ベース領域151となり、LOCOS酸化膜170の下の箇所は、低濃度ベース領域152となる。   FIG. 10B is a diagram showing a base region forming step. The portion where the impurity region is not formed is covered with the resist 200, and the portion where the impurity region is formed is exposed without being covered with the resist 200. With the resist 200 patterned, ions are implanted into the semiconductor substrate 140, and impurities are implanted. For example, boron or the like is used as the ion. Ions are implanted with high energy, and a portion of the LOCOS oxide film 170 is transmitted through the LOCOS oxide film 170 and implanted. In a portion where the LOCOS oxide film 170 is not present, ions are directly implanted into the N layer 120. A portion where ions are implanted becomes a base region 150 into which impurities are implanted. A portion where the LOCOS oxide film 170 is not present and the N layer 120 of the semiconductor substrate 140 is exposed becomes a high concentration base region 151, and a portion under the LOCOS oxide film 170 becomes a low concentration base region 152.

図10(c)は、熱処理工程を示した図である。図10(b)において、高エネルギーイオンの打ち込みが行われた後は、レジスト200が除去され、半導体基板140の加熱処理が行われる。これにより、ベース領域150の熱拡散が行われ、注入された不純物がベース領域150中を拡散し、不純物濃度の濃度分布が平均化の方向に向かうとともに、ベース領域150が側方及び下方に拡大する。   FIG. 10C is a diagram showing a heat treatment process. In FIG. 10B, after high-energy ion implantation is performed, the resist 200 is removed and the semiconductor substrate 140 is subjected to heat treatment. As a result, thermal diffusion of the base region 150 is performed, and the implanted impurities are diffused in the base region 150, and the concentration distribution of the impurity concentration goes in the direction of averaging, and the base region 150 expands laterally and downward. To do.

図10(d)は、ゲート酸化膜形成工程を示した図である。ゲート酸化膜形成工程においては、高濃度ベース領域151が露出した部分に、ゲート酸化膜180が形成される。これにより、高濃度ベース領域151の表面は、ゲート酸化膜180に覆われる。なお、ゲート酸化膜180は、MOSトランジスタを製造するプロセスにおける、ゲート酸化膜180と同様の薄膜状の酸化膜という意味であり、必ずしもその領域にゲートを形成するという意味ではない。   FIG. 10D is a diagram showing a gate oxide film forming process. In the gate oxide film forming step, a gate oxide film 180 is formed in a portion where the high-concentration base region 151 is exposed. As a result, the surface of the high concentration base region 151 is covered with the gate oxide film 180. The gate oxide film 180 means a thin oxide film similar to the gate oxide film 180 in the process of manufacturing a MOS transistor, and does not necessarily mean that a gate is formed in that region.

図11は、従来の半導体装置の製造方法の図10の続きの工程を示した図である。図11(a)は、エミッタ領域形成工程を示した図である。エミッタ領域形成工程においては、イオンの打ち込みを行わない箇所がレジスト202で覆われる。一方、イオンの打ち込みの際、有機物のレジスト202が削れてエミッタ領域160に混入すると、エミッタ領域160の特性に悪影響を与えるため、エミッタ領域160の端部は、LOCOS酸化膜170をマスクとしてイオンの打ち込みが行われる。イオンは、例えば、リンが用いられてよい。また、イオンの打ち込みは、ゲート酸化膜180の形成された領域に、LOCOS酸化膜170をマスクとして行われるため、ゲート酸化膜180を透過し、かつLOCOS酸化膜170を透過しない程度の低エネルギーで行われる。低エネルギーイオンの打ち込みにより、不純物領域であるベース領域150の表面に、やはり不純物領域であるエミッタ領域160が形成される。   FIG. 11 is a diagram showing a continuation process of FIG. 10 in the conventional method for manufacturing a semiconductor device. FIG. 11A shows the emitter region forming step. In the emitter region forming step, a portion where ions are not implanted is covered with the resist 202. On the other hand, if the organic resist 202 is scraped and mixed into the emitter region 160 when ions are implanted, the characteristics of the emitter region 160 are adversely affected. Therefore, the end of the emitter region 160 is ion-doped with the LOCOS oxide film 170 as a mask. Driving is done. For example, phosphorus may be used as the ion. In addition, since the ion implantation is performed in the region where the gate oxide film 180 is formed using the LOCOS oxide film 170 as a mask, the ion implantation is performed with low energy so as to pass through the gate oxide film 180 and not through the LOCOS oxide film 170. Done. By implantation of low energy ions, an emitter region 160 that is also an impurity region is formed on the surface of the base region 150 that is an impurity region.

図11(b)は、熱処理工程を示した図である。熱処理工程においては、半導体基板140が加熱処理され、エミッタ領域160の熱拡散が行われる。これにより、エミッタ領域160の不純物濃度が平均化するとともに、エミッタ領域160が側方及び下方に拡大する。なお、N層120は、コレクタ領域として機能し、NPN型バイポーラトランジスタを形成することができる。なお、N層120は、例えば、エピタキシャル成長により、P型のシリコン基板の上に形成されてもよい。   FIG. 11B is a diagram showing a heat treatment process. In the heat treatment step, the semiconductor substrate 140 is subjected to heat treatment, and thermal diffusion of the emitter region 160 is performed. As a result, the impurity concentration of the emitter region 160 is averaged, and the emitter region 160 expands laterally and downward. Note that the N layer 120 functions as a collector region and can form an NPN bipolar transistor. Note that the N layer 120 may be formed on a P-type silicon substrate by, for example, epitaxial growth.

また、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタとバイポーラトランジスタが同一の半導体基板上に混載されているBi−CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)集積回路装置であって、バイポーラトランジスタは、ベース層に接続された、側面に絶縁体の側壁を有するベース引出電極を有し、当該絶縁体の側壁を用いて、エミッタ電極引出開口及びエミッタ層を自己整合的に形成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Further, a Bi-CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) integrated circuit device in which a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor and a bipolar transistor are mixedly mounted on the same semiconductor substrate, the bipolar transistor being connected to a base layer, 2. Description of the Related Art A base extraction electrode having an insulator side wall on a side surface, and an emitter electrode extraction opening and an emitter layer formed in a self-aligned manner using the insulator side wall are known (for example, Patent Document 1). reference).

かかるBi−CMOS集積回路装置の絶縁体の側壁の形成は、ベース引出電極上に絶縁膜を形成する工程と、ベース引出電極の側面及びベース引出電極に取り囲まれたエミッタ形成領域を含む半導体基板全体にTEOS膜の絶縁膜を成長させる工程と、TEOS膜の絶縁膜を異方性エッチングして、エミッタ形成領域上のベース引出電極側面に側壁を残す工程と、を含んでいる。   The side wall of the insulator of the Bi-CMOS integrated circuit device includes the step of forming an insulating film on the base lead electrode and the entire semiconductor substrate including the side surface of the base lead electrode and the emitter forming region surrounded by the base lead electrode. And a step of growing an insulating film of the TEOS film and a step of anisotropically etching the insulating film of the TEOS film to leave a side wall on the side surface of the base extraction electrode on the emitter formation region.

特開平11−111873号公報JP-A-11-111873

しかしながら、上述の図10及び図11の従来技術の構成では、エミッタ領域114のサイズが、LOCOS酸化膜170の加工精度及び膜厚に影響を受けてしまい、エミッタ領域160の変動により、隣接するデバイスの特性が不均一となるという問題があった。また、エミッタ領域160のサイズが大きくなると、ベース領域150の高濃度ベース領域151のサイズが小さくなり、バイポーラトランジスタを縦方向に動作させたいにも関わらず、横方向の寄生動作が発生するようになり、トランジスタ特性が悪化するとともにバラつきが生じてしまうという問題があった。   However, in the configuration of the prior art shown in FIGS. 10 and 11 described above, the size of the emitter region 114 is affected by the processing accuracy and the film thickness of the LOCOS oxide film 170, and adjacent devices are affected by variations in the emitter region 160. There was a problem that the characteristics of the film became non-uniform. Further, when the size of the emitter region 160 is increased, the size of the high-concentration base region 151 of the base region 150 is reduced, so that a parasitic operation in the lateral direction occurs even though the bipolar transistor is desired to operate in the vertical direction. As a result, there is a problem that transistor characteristics deteriorate and variations occur.

図12は、図11(b)のA部分の拡大図である。図12に示すように、LOCOS酸化膜170の横方向の位置は、加工精度により変動するおそれがある。また、LOCOS酸化膜170の端部は、外側に向かうにつれて膜厚が減少する、三角形の頂点のような先端が尖った断面形状となっている。このような形状であると、LOCOS酸化膜170の端部の横方向の位置により、膜厚も微妙に変化し、エミッタ領域160の横方向の大きさもそれによって影響を受けて変動する。同様に、LOCOS酸化膜170の透過により不純物が注入される高濃度ベース領域151は、LOCOS酸化膜170の三角形状の膜厚が変化する部分の下方にあるため、LOCOS酸化膜170の加工精度及び膜厚が、その不純物濃度に影響を受ける。   FIG. 12 is an enlarged view of a portion A in FIG. As shown in FIG. 12, the lateral position of the LOCOS oxide film 170 may vary depending on the processing accuracy. In addition, the end portion of the LOCOS oxide film 170 has a cross-sectional shape with a sharp tip such as the apex of a triangle in which the film thickness decreases toward the outside. With such a shape, the film thickness slightly changes depending on the position of the end portion of the LOCOS oxide film 170 in the lateral direction, and the lateral size of the emitter region 160 is affected and fluctuates accordingly. Similarly, the high-concentration base region 151 into which impurities are implanted by permeation of the LOCOS oxide film 170 is located below the portion of the LOCOS oxide film 170 where the triangular film thickness changes, so that the processing accuracy of the LOCOS oxide film 170 and The film thickness is affected by the impurity concentration.

また、高濃度ベース領域151の不純物濃度は、トランジスタの動作中、エミッタ領域160から注入された小数キャリアの拡散長に影響を及ぼす。一方、低濃度ベース領域152は、LOCOS酸化膜170の厚膜部分を通して打ち込まれているので、高濃度ベース領域151よりも、不純物濃度が低い。また、低濃度ベース領域152は、不純物濃度が低いので、小数キャリアの拡散長が長い。このように、高濃度ベース領域151から低濃度ベース領域152にかけて、不純物の濃度勾配があるので、高濃度ベース領域151に注入された小数キャリアは、効率よく低濃度ベース領域152に移送され、トランジスタの横方向の寄生動作が大きくなってしまうという問題があった。   Further, the impurity concentration of the high concentration base region 151 affects the diffusion length of the minority carriers injected from the emitter region 160 during the operation of the transistor. On the other hand, since the low concentration base region 152 is implanted through the thick film portion of the LOCOS oxide film 170, the impurity concentration is lower than that of the high concentration base region 151. Further, since the low concentration base region 152 has a low impurity concentration, the diffusion length of the minority carriers is long. As described above, since there is an impurity concentration gradient from the high concentration base region 151 to the low concentration base region 152, the fractional carriers injected into the high concentration base region 151 are efficiently transferred to the low concentration base region 152, and the transistor There is a problem that the parasitic operation in the lateral direction becomes large.

更に、特許文献1に記載の構成では、エミッタ領域を酸化膜の側壁で精度よく形成することは可能であるが、上述のように、複雑な工程を必要とし、製造工程が複雑化し、コスト増にも繋がるという問題があった。また、通常のMOSトランジスタの製造工程とは異なる工程が多く、バイポーラトランジスタの製造を、MOSトランジスタの工程と同じ工程で製造することができず、工程数の増加に繋がるという問題があった。   Furthermore, in the configuration described in Patent Document 1, it is possible to form the emitter region with the sidewall of the oxide film with high accuracy. However, as described above, a complicated process is required, the manufacturing process is complicated, and the cost is increased. There was a problem of being connected. In addition, there are many processes different from the manufacturing process of a normal MOS transistor, and the bipolar transistor cannot be manufactured in the same process as the MOS transistor, leading to an increase in the number of processes.

そこで、本発明は、簡素な工程で、デバイスの特性を均一化することができる半導体装置の製造方法及び半導体集積回路装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor integrated circuit device that can make device characteristics uniform by a simple process.

上記目的を達成するため、第1の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板(40)の表面の所定領域(41)に、LOCOS酸化膜(70)を形成するLOCOS酸化膜形成工程と、
該LOCOS酸化膜(70)と前記半導体基板(40)の表面の境界を覆うように、ポリシリコン膜(90)を形成するポリシリコン形成工程と、
該ポリシリコン膜(90)をマスクとして、前記半導体基板(40)の表面にイオンの打ち込みを行い、前記半導体基板(40)の表面に、不純物領域(60)を形成するイオン打ち込み工程と、を含むことを特徴とする。
To achieve the above object, a semiconductor device manufacturing method according to a first aspect of the present invention includes a LOCOS oxide film forming step of forming a LOCOS oxide film (70) in a predetermined region (41) on the surface of a semiconductor substrate (40) ,
A polysilicon forming step of forming a polysilicon film (90) so as to cover the boundary between the LOCOS oxide film (70) and the surface of the semiconductor substrate (40);
Using the polysilicon film (90) as a mask, ion implantation is performed on the surface of the semiconductor substrate (40) to form an impurity region (60) on the surface of the semiconductor substrate (40). It is characterized by including.

これにより、加工精度の高いポリシリコン膜をマスクとして利用することができ、簡素な製造工程で高精度に不純物領域を形成することができる。   Thereby, a polysilicon film with high processing accuracy can be used as a mask, and an impurity region can be formed with high accuracy by a simple manufacturing process.

第2の発明は、第1の発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記LOCOS酸化膜形成工程と前記ポリシリコン形成工程との間に、前記LOCOS酸化膜(70)を透過する高エネルギーのイオン打ち込みを行う高エネルギーイオン打ち込み工程を含むことを特徴とする。
A second invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to the first invention.
A high energy ion implantation step is performed between the LOCOS oxide film formation step and the polysilicon formation step to perform high energy ion implantation that passes through the LOCOS oxide film (70).

これにより、高エネルギーイオン打ち込みにより形成された不純物領域の表面に、更に別の不純物領域を形成する半導体装置の製造工程にも利用することができ、種々の半導体装置について高精度な不純物領域の形成を行うことができる。   As a result, it can also be used in the manufacturing process of a semiconductor device in which another impurity region is formed on the surface of the impurity region formed by high-energy ion implantation, and high-precision impurity regions can be formed for various semiconductor devices. It can be performed.

第3の発明は、第1又は第2の発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記不純物領域(60)は、トランジスタの活性領域であることを特徴とする。
A third invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second invention,
The impurity region (60) is an active region of a transistor.

これにより、トランジスタの活性領域を高精度に形成することができ、特性が良好でバラツキの少ないトランジスタを製造することができる。   Accordingly, the active region of the transistor can be formed with high accuracy, and a transistor with favorable characteristics and less variation can be manufactured.

第4の発明は、第3の発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記トランジスタは、バイポーラトランジスタであることを特徴とする。
A fourth invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to the third invention.
The transistor is a bipolar transistor.

これにより、特性が良好でバラツキの少ないバイポーラトランジスタを製造することができる。   As a result, a bipolar transistor with good characteristics and less variation can be manufactured.

第5の発明は、第4の発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記バイポーラトランジスタは、NPN型トランジスタであって、
前記活性領域は、エミッタ領域(60)であることを特徴とする。
A fifth invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth invention.
The bipolar transistor is an NPN transistor,
The active region is an emitter region (60).

第6の発明は、第5の発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記エミッタ領域(60)の端部は、前記LOCOS酸化膜(70)の端部と対向していることを特徴とする。
A sixth invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth invention,
An end of the emitter region (60) is opposite to an end of the LOCOS oxide film (70).

第7の発明は、第1〜5のいずれかの発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の表面の前記所定領域(41)外に、前記LOCOS酸化膜形成工程において、MOSトランジスタの形成領域を定めるLOCOS酸化膜(70)を更に形成し、
前記ポリシリコン形成工程において、前記MOSトランジスタのゲートを更に形成し、
前記不純物形成工程において、前記MOSトランジスタのドレイン領域(62)及びソース領域(63)を更に形成し、前記所定領域外にMOSトランジスタを同時に形成することを特徴とする。
A seventh invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fifth inventions,
In the LOCOS oxide film forming step, a LOCOS oxide film (70) for defining a MOS transistor formation region is further formed outside the predetermined region (41) on the surface of the semiconductor substrate.
In the polysilicon forming step, further forming a gate of the MOS transistor,
In the impurity forming step, a drain region (62) and a source region (63) of the MOS transistor are further formed, and a MOS transistor is simultaneously formed outside the predetermined region.

これにより、MOSトランジスタを製造するプロセスを利用しつつ、余分な工程を増やすことなく、特性が良好でバラツキの少ない半導体装置を製造することができる。   As a result, a semiconductor device with good characteristics and less variation can be manufactured without increasing the number of extra steps while utilizing a process for manufacturing a MOS transistor.

第8の発明は、第7の発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記MOSトランジスタは、CMOSであることを特徴とする。
An eighth invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh invention, wherein
The MOS transistor is a CMOS.

第9の発明に係る半導体集積回路装置は、第3〜8のいずれかの発明に係るトランジスタを用いて、基準電圧生成回路を構成し、
該基準電圧生成回路を含むことを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit device according to a ninth invention comprises a reference voltage generating circuit using the transistor according to any one of the third to eighth inventions,
The reference voltage generation circuit is included.

これにより、特性が良好でバラツキの少ない半導体集積回路装置を提供することができる。   As a result, a semiconductor integrated circuit device with good characteristics and less variation can be provided.

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。   Note that the reference numerals in the parentheses are given for easy understanding, are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.

本発明によれば、特性が良好で均一な半導体装置又は半導体集積回路装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device or a semiconductor integrated circuit device having favorable and uniform characteristics.

LOCOS酸化膜形成工程を示した図である。図1(a)は、半導体装置が製造される半導体基板40の平面図である。図1(b)は、半導体基板40の断面図である。It is the figure which showed the LOCOS oxide film formation process. FIG. 1A is a plan view of a semiconductor substrate 40 on which a semiconductor device is manufactured. FIG. 1B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40. 高エネルギーイオン打ち込み工程を示した図である。図2(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図である。図2(b)は、半導体基板40の断面図である。It is the figure which showed the high energy ion implantation process. FIG. 2A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41. FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40. 熱処理工程を示した図である。図3(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図である。図3(b)は、半導体基板40の断面図である。It is the figure which showed the heat processing process. FIG. 3A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41. FIG. 3B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40. ゲート酸化膜形成工程を示した図である。図4(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図である。図4(b)は、半導体基板10の断面図である。It is the figure which showed the gate oxide film formation process. FIG. 4A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41. FIG. 4B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 10. ポリシリコン膜形成工程を示した図である。図5(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図である。図5(b)は、半導体基板40の断面図である。It is the figure which showed the polysilicon film formation process. FIG. 5A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41. FIG. 5B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40. イオン打ち込み工程を示した図である。図6(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図である。図6(b)は、半導体基板40の断面図である。It is the figure which showed the ion implantation process. FIG. 6A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41. FIG. 6B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40. 熱処理工程を示した図である。図7(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図である。図7(b)は、半導体基板40の断面図である。It is the figure which showed the heat processing process. FIG. 7A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41. FIG. 7B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40. 図7(b)のBの部分を拡大した図である。It is the figure which expanded the part of B of FIG.7 (b). 本実施例に係るNPN型バイポーラトランジスタの動作例を説明する図である。It is a figure explaining the operation example of the NPN-type bipolar transistor which concerns on a present Example. 従来の半導体装置の製造方法の一例を示した図である。図10(a)は、LOCOS酸化膜形成工程を示した図である。図10(b)は、ベース領域形成工程を示した図である。図10(c)は、熱処理工程を示した図である。図10(d)は、ゲート酸化膜形成工程を示した図である。It is the figure which showed an example of the manufacturing method of the conventional semiconductor device. FIG. 10A shows a LOCOS oxide film forming step. FIG. 10B is a diagram showing a base region forming step. FIG. 10C is a diagram showing a heat treatment process. FIG. 10D is a diagram showing a gate oxide film forming process. 従来の半導体装置の製造方法の図10の続きの工程を示した図である。図11(a)は、エミッタ領域形成工程を示した図である。図11(b)は、熱処理工程を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing a step subsequent to FIG. 10 in the conventional method for manufacturing a semiconductor device. FIG. 11A shows the emitter region forming step. FIG. 11B is a diagram showing a heat treatment process. 図12は、図11(b)のA部分の拡大図である。FIG. 12 is an enlarged view of a portion A in FIG.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1乃至図7は、本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を示した図である。   1 to 7 are views showing a series of steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

図1は、LOCOS酸化膜形成工程を示した図である。図1(a)は、半導体装置が製造される半導体基板40の平面図であり、図1(b)は、半導体基板40の断面図である。   FIG. 1 is a diagram showing a LOCOS oxide film forming process. FIG. 1A is a plan view of a semiconductor substrate 40 on which a semiconductor device is manufactured, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40.

図1(b)において、半導体基板40は、シリコン基板10と、N層20と、P層30とを有する。また、半導体基板40の表面に、LOCOS酸化膜70が形成されている。シリコン基板10は、他の半導体材料からなる基板であってもよいが、本実施例においては、シリコン基板10を用いた例を挙げて説明する。N層20は、例えば、エピタキシャル成長によって形成されてもよい。   In FIG. 1B, the semiconductor substrate 40 includes a silicon substrate 10, an N layer 20, and a P layer 30. A LOCOS oxide film 70 is formed on the surface of the semiconductor substrate 40. The silicon substrate 10 may be a substrate made of another semiconductor material, but in this embodiment, an example using the silicon substrate 10 will be described. For example, the N layer 20 may be formed by epitaxial growth.

半導体基板40の表面は、バイポーラトランジスタ形成領域41と、MOSトランジスタ形成領域42とを有している。本実施例に係る半導体装置の製造方法は、MOSトランジスタの通常の製造工程を利用しつつ、高精度に不純物領域が形成された半導体装置を製造することができる。よって、図1乃至図7においては、本実施例に係る半導体装置の製造方法によりNPN型バイポーラトランジスタを製造するとともに、NチャネルMOSトランジスタを同じ半導体基板40上に形成する例を示すこととする。但し、本実施例に係る半導体装置の製造方法は、MOSトランジスタを同時に製造する工程だけでなく、単独でデバイスの製造に用いることができるので、MOSトランジスタの製造は、必ずしも同時に行われる必要は無い。   The surface of the semiconductor substrate 40 has a bipolar transistor formation region 41 and a MOS transistor formation region 42. The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment can manufacture a semiconductor device in which an impurity region is formed with high accuracy while utilizing a normal manufacturing process of a MOS transistor. Accordingly, FIGS. 1 to 7 show an example in which an NPN bipolar transistor is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, and an N-channel MOS transistor is formed on the same semiconductor substrate 40. However, since the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment can be used not only for the process of simultaneously manufacturing the MOS transistors but also for the device manufacturing alone, the MOS transistors need not always be manufactured at the same time. .

図1(b)に示すように、LOCOS酸化膜形成工程においては、LOCOS法により、半導体基板40の表面に、LOCOS酸化膜70が形成される。LOCOS酸化膜70は、素子分離のため、バイポーラトランジスタ形成領域41と、NチャネルMOSトランジスタ42とを分離する位置に形成される。また、LOCOS酸化膜70は、イオン打ち込み時のマスクとしても用いられるため、バイポーラトランジスタ形成領域41内においては、高濃度の不純物領域を形成しない位置にも設けられている。なお、バイポーラトランジスタ形成領域41と、MOSトランジスタ形成領域42との間には、素子分離を行うべく、半導体基板40の縦方向(深さ方向)にP層30が設けられている。   As shown in FIG. 1B, in the LOCOS oxide film formation step, a LOCOS oxide film 70 is formed on the surface of the semiconductor substrate 40 by the LOCOS method. The LOCOS oxide film 70 is formed at a position separating the bipolar transistor formation region 41 and the N-channel MOS transistor 42 for element isolation. Further, since the LOCOS oxide film 70 is also used as a mask at the time of ion implantation, it is provided in the bipolar transistor formation region 41 at a position where a high concentration impurity region is not formed. A P layer 30 is provided between the bipolar transistor formation region 41 and the MOS transistor formation region 42 in the vertical direction (depth direction) of the semiconductor substrate 40 in order to perform element isolation.

図1(a)においては、半導体基板10の表面の大半がLOCOS酸化膜70で覆われ、LOCOS酸化膜70で覆われていない領域に、半導体基板40のN層20が露出した図が示されている。このように、LOCOS酸化膜形成工程においては、LOCOS酸化膜70が半導体基板40の表面に形成され、LOCOS酸化膜70が、素子分離酸化膜又はマスクとして機能する。なお、図1(a)においては、バイポーラトランジスタ形成領域41の表面のみが示されており、図2乃至図7においても同様に、平面図については、バイポーラトランジスタ形成領域41のみを示すこととする。   FIG. 1A shows a view in which the N layer 20 of the semiconductor substrate 40 is exposed in a region where most of the surface of the semiconductor substrate 10 is covered with the LOCOS oxide film 70 and is not covered with the LOCOS oxide film 70. ing. Thus, in the LOCOS oxide film formation step, the LOCOS oxide film 70 is formed on the surface of the semiconductor substrate 40, and the LOCOS oxide film 70 functions as an element isolation oxide film or a mask. In FIG. 1A, only the surface of the bipolar transistor formation region 41 is shown. Similarly, in FIGS. 2 to 7, only the bipolar transistor formation region 41 is shown in the plan view. .

また、半導体基板40は、半導体材料であれば、種々の半導体材料からなる基板として構成することができる。例えば、半導体基板は、シリコン基板として構成されてもよい。また、本実施例に係る半導体装置の製造方法においては、半導体基板40が、N型の導電型である場合を例に挙げて説明することとする。   The semiconductor substrate 40 can be configured as a substrate made of various semiconductor materials as long as it is a semiconductor material. For example, the semiconductor substrate may be configured as a silicon substrate. Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the case where the semiconductor substrate 40 is N-type conductivity will be described as an example.

図2は、高エネルギーイオン打ち込み工程を示した図である。図2(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図であり、図2(b)は、半導体基板40の断面図である。   FIG. 2 is a diagram showing a high energy ion implantation process. FIG. 2A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40.

図2(b)において、半導体基板40の表面に、レジスト100が膜状に塗布され、イオンが打ち込まれた状態が示されている。高エネルギーイオン打ち込み工程においては、半導体基板10の表面に、不純物であるイオンが高エネルギーで打ち込まれ、ベース領域50及びP型ウェル層55が形成される。イオンは、例えば、ボロンが用いられてもよい。この場合、N型の半導体基板10の表面に、P型不純物領域であるベース領域50及びP型ウェル層55が形成されることになる。レジスト100は、半導体基板40上のP型不純物領域50、55を形成しない部分を覆うように、パターニングされて選択的に形成される。   FIG. 2B shows a state in which a resist 100 is applied in a film shape on the surface of the semiconductor substrate 40 and ions are implanted. In the high energy ion implantation process, ions as impurities are implanted into the surface of the semiconductor substrate 10 with high energy, and the base region 50 and the P-type well layer 55 are formed. For example, boron may be used as the ion. In this case, a base region 50 and a P-type well layer 55 which are P-type impurity regions are formed on the surface of the N-type semiconductor substrate 10. The resist 100 is selectively formed by patterning so as to cover portions of the semiconductor substrate 40 where the P-type impurity regions 50 and 55 are not formed.

レジスト100の形成後は、半導体基板40にイオンを高エネルギーで打ち込み、ベース領域50及びP型ウェル層55を形成するが、イオンは高エネルギーで打ち込まれるため、LOCOS酸化膜70を透過して、LOCOS酸化膜70の下にもベース領域50及びP型ウェル層55が形成される。なお、ここで言う高エネルギーは、半導体基板10に打ち込まれたイオンが、LOCOS酸化膜70を透過してLOCOS酸化膜70の下に不純物領域を形成できる程のエネルギーという意味であり、具体的なエネルギー値は、半導体基板40やイオンの材質等により変化し得る。   After the formation of the resist 100, ions are implanted into the semiconductor substrate 40 with high energy to form the base region 50 and the P-type well layer 55. Since the ions are implanted with high energy, the ions pass through the LOCOS oxide film 70, A base region 50 and a P-type well layer 55 are also formed under the LOCOS oxide film 70. The high energy mentioned here means energy that allows ions implanted into the semiconductor substrate 10 to pass through the LOCOS oxide film 70 and form an impurity region under the LOCOS oxide film 70. The energy value can vary depending on the semiconductor substrate 40, the ion material, and the like.

ベース領域50内において、LOCOS酸化膜70で覆われていない、半導体基板40の表面が露出した部分は、不純物の濃度が高い高濃度ベース領域51となる。また、LOCOS酸化膜70に覆われたLOCOS酸化膜70の下方の部分は、低濃度ベース領域52となる。MOSトランジスタ形成領域42にも同様に、高濃度P型ウェル層56及び低濃度P型ウェル層57を含むP型ウェル層55が形成される。   In the base region 50, a portion where the surface of the semiconductor substrate 40 is not covered with the LOCOS oxide film 70 becomes a high concentration base region 51 having a high impurity concentration. Further, the lower portion of the LOCOS oxide film 70 covered with the LOCOS oxide film 70 becomes a low-concentration base region 52. Similarly, a P-type well layer 55 including a high-concentration P-type well layer 56 and a low-concentration P-type well layer 57 is also formed in the MOS transistor formation region 42.

図2(a)においては、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図が示されている。枠状にレジスト100が形成され、レジスト100の開口101に、マスクとして機能するLOCOS酸化膜70と、ベース領域50が露出した状態を示している。   In FIG. 2A, a plan view of the bipolar transistor formation region 41 is shown. A resist 100 is formed in a frame shape, and the LOCOS oxide film 70 functioning as a mask and the base region 50 are exposed in the opening 101 of the resist 100.

図3は、熱処理工程を示した図である。図3(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図であり、図3(b)は、半導体基板40の断面図である。   FIG. 3 is a diagram showing a heat treatment process. FIG. 3A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40.

熱処理工程においては、高エネルギーイオン打ち込み工程で用いたレジスト100が除去された後、半導体基板40が加熱処理され、ベース領域50及びP型ウェル層55内の不純物を拡散させ、不純物濃度分布の均一化が図られる。また、熱処理工程において、ベース領域50及びP型ウェル層55の大きさが、側方及び下方に拡大される。   In the heat treatment process, after the resist 100 used in the high energy ion implantation process is removed, the semiconductor substrate 40 is subjected to a heat treatment to diffuse the impurities in the base region 50 and the P-type well layer 55, so that the impurity concentration distribution is uniform. Is achieved. Further, in the heat treatment step, the sizes of the base region 50 and the P-type well layer 55 are expanded laterally and downward.

図3(b)には、図2(b)と比較して、ベース領域50及びP型ウェル層55が横方向及び下方向に拡大した状態の半導体基板40が示されている。図3(b)に示すように、半導体基板40が露出した部分は、高濃度ベース領域51及び高濃度P型ウェル層56が拡大し、LOCOS酸化膜70の下方は、低濃度ベース領域52及び低濃度P型ウェル層57が拡大した状態が示されている。   FIG. 3B shows the semiconductor substrate 40 in a state in which the base region 50 and the P-type well layer 55 are expanded in the lateral direction and the downward direction as compared with FIG. As shown in FIG. 3B, in the portion where the semiconductor substrate 40 is exposed, the high concentration base region 51 and the high concentration P-type well layer 56 are enlarged, and below the LOCOS oxide film 70 are the low concentration base region 52 and The state where the low concentration P-type well layer 57 is enlarged is shown.

図3(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図を透過的に示している。なお、参照符号の括弧内の符号が、透過的に表された領域を示している。図2(a)において、レジスト100で覆われていた部分には、LOCOS酸化膜70及び半導体基板40の露出部分が示されている。一方、図2(a)において、レジスト100の開口101に該当した部分については、LOCOS酸化膜70が形成されていない部分は、高濃度ベース領域51となり、LOCOS酸化膜70が形成されていた部分は、低濃度ベース領域52となっている。   FIG. 3A transparently shows a plan view of the bipolar transistor formation region 41. In addition, the code | symbol in the parenthesis of a reference code has shown the area | region represented transparently. In FIG. 2A, the LOCOS oxide film 70 and the exposed portion of the semiconductor substrate 40 are shown in the portion covered with the resist 100. On the other hand, in FIG. 2A, in the portion corresponding to the opening 101 of the resist 100, the portion where the LOCOS oxide film 70 is not formed becomes the high concentration base region 51, and the portion where the LOCOS oxide film 70 is formed. Is a low-concentration base region 52.

このように、レジスト100の有無により、ベース領域50及びP型ウェル層55の形成領域が制御され、LOCOS酸化膜70の有無により、ベース領域50及びP型ウェル層55内の不純物濃度が制御される。   Thus, the formation region of the base region 50 and the P-type well layer 55 is controlled by the presence or absence of the resist 100, and the impurity concentration in the base region 50 and the P-type well layer 55 is controlled by the presence or absence of the LOCOS oxide film 70. The

図4は、ゲート酸化膜形成工程を示した図である。図4(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図であり、図4(b)は、半導体基板10の断面図である。   FIG. 4 is a view showing a gate oxide film forming step. FIG. 4A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 10.

ゲート酸化膜形成工程においては、ベース領域50及びP型ウェル層55の表面の露出部分に、ゲート酸化膜80が形成される。ゲート酸化膜80は、MOSトランジスタ製造工程において、ゲート形成領域に形成する薄膜状の酸化膜である。この、薄膜状のゲート酸化膜80を、MOSトランジスタ形成領域42だけでなく、バイポーラトランジスタ形成領域41にも形成する。なお、ゲート酸化膜は、種々の材料で構成されてよいが、例えば、SiO酸化膜で構成されてもよい。 In the gate oxide film forming step, a gate oxide film 80 is formed on the exposed portions of the surface of the base region 50 and the P-type well layer 55. The gate oxide film 80 is a thin oxide film formed in the gate formation region in the MOS transistor manufacturing process. The thin gate oxide film 80 is formed not only in the MOS transistor formation region 42 but also in the bipolar transistor formation region 41. The gate oxide film may be composed of various materials, but may be composed of, for example, a SiO 2 oxide film.

また、ゲート酸化膜80を形成する領域は、LOCOS酸化膜70の存在しない、半導体基板40の表面が露出した部分であるので、N層20の表面、高濃度ベース領域51又は高濃度P型ウェル層56のいずれかになる。   Further, since the region where the gate oxide film 80 is formed is a portion where the surface of the semiconductor substrate 40 is exposed where the LOCOS oxide film 70 does not exist, the surface of the N layer 20, the high concentration base region 51 or the high concentration P type well. It becomes one of the layers 56.

図4(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の透過的な平面図を示しているが、図3(a)と略同様の図となる。図4(a)において、高濃度ベース領域51の部分と、半導体基板40のN層20が露出した部分は、表面が薄膜状のゲート酸化膜80で覆われるが、透過的に図を描くと、図3(a)と同様の平面構成となる。   FIG. 4A shows a transparent plan view of the bipolar transistor formation region 41, which is substantially the same as FIG. 4A, the portion of the high-concentration base region 51 and the portion of the semiconductor substrate 40 where the N layer 20 is exposed are covered with a thin gate oxide film 80. The planar configuration is the same as in FIG.

図5は、ポリシリコン膜形成工程を示した図である。図5(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図であり、図5(b)は、半導体基板40の断面図である。   FIG. 5 is a diagram showing a polysilicon film forming process. FIG. 5A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40.

図5(b)のバイポーラトランジスタ形成領域41において、LOCOS酸化膜70と半導体基板40の表面の境界を覆うように、ポリシリコン膜90が形成されている。ポリシリコン膜90は、MOSトランジスタ製造工程において、ゲートを形成する際に用いる。よって、MOSトランジスタ形成領域42においては、ゲートとしてポリシリコン膜90が形成されている。   In the bipolar transistor formation region 41 of FIG. 5B, a polysilicon film 90 is formed so as to cover the boundary between the LOCOS oxide film 70 and the surface of the semiconductor substrate 40. The polysilicon film 90 is used when forming a gate in the MOS transistor manufacturing process. Therefore, in the MOS transistor formation region 42, the polysilicon film 90 is formed as a gate.

一方、バイポーラトランジスタ形成領域41においては、ポリシリコン膜90は、マスクとして利用されるために形成される。図12において説明したように、LOCOS酸化膜70の端部は、先端に接近するにつれて先が細くなって厚さが薄くなる形状であり、加工精度を高精度にすることができない。そこで、本実施例に係る半導体装置の製造方法においては、加工精度の高いポリシリコン膜90を用いて、高精度にマスクを形成している。よって、マスクの端部は、LOCOS酸化膜70ではなく、ポリシリコン膜90となり、マスク端部の位置を高精度に定めることができる。ポリシリコンは、本来的には、MOSトランジスタのゲートとして用いられる材料であり、MOSトランジスタのゲート長及びゲート幅は高精度に管理されているので、高精度な加工でポリシリコン膜90を形成することが、十分に可能となる。   On the other hand, in the bipolar transistor formation region 41, the polysilicon film 90 is formed to be used as a mask. As described with reference to FIG. 12, the end of the LOCOS oxide film 70 has a shape in which the tip becomes thinner and the thickness becomes thinner as the end approaches the tip, and the processing accuracy cannot be made high. Therefore, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the mask is formed with high accuracy using the polysilicon film 90 with high processing accuracy. Therefore, the end portion of the mask is not the LOCOS oxide film 70 but the polysilicon film 90, and the position of the mask end portion can be determined with high accuracy. Polysilicon is originally a material used as the gate of a MOS transistor, and the gate length and gate width of the MOS transistor are controlled with high precision, so that the polysilicon film 90 is formed with high precision processing. It becomes possible enough.

このように、マスクとしての加工精度に問題があるLOCOS酸化膜70の端部の代わりに、マスクとしての端部を加工精度の高いポリシリコン膜90で形成することにより、高精度にマスク形状を加工することができる。よって、ポリシリコン膜90は、LOCOS酸化膜70と半導体基板40の表面の境界を覆うように、半導体基板40の表面とLOCOS酸化膜70の傾斜部分に跨るように形成する。これにより、LOCOS酸化膜70の厚さが十分ある中央部分はそのままLOCOS酸化膜70を活かし、加工精度が低下する先端の傾斜部分を覆うようにすれば、最小限のポリシリコン膜90の形成で機能的に十分なマスク効果を得ることができる。   Thus, instead of the end portion of the LOCOS oxide film 70 having a problem in processing accuracy as a mask, the end portion as a mask is formed of the polysilicon film 90 with high processing accuracy, so that the mask shape can be formed with high accuracy. Can be processed. Therefore, the polysilicon film 90 is formed so as to straddle the surface of the semiconductor substrate 40 and the inclined portion of the LOCOS oxide film 70 so as to cover the boundary between the LOCOS oxide film 70 and the surface of the semiconductor substrate 40. As a result, the minimum polysilicon film 90 can be formed by using the LOCOS oxide film 70 as it is in the central portion where the thickness of the LOCOS oxide film 70 is sufficient to cover the inclined portion of the tip where the processing accuracy is lowered. A functionally sufficient mask effect can be obtained.

また、ポリシリコン膜形成工程は、通常のMOSトランジスタの製造プロセスで行われる工程であるから、バイポーラトランジスタを製造するために、MOSトランジスタの製造工程に余分な工程を追加する必要がなく、MOSトランジスタの製造プロセスと同じ工程数で高精度なマスクを形成することができる。   In addition, since the polysilicon film forming process is a process performed in a normal MOS transistor manufacturing process, there is no need to add an extra process to the MOS transistor manufacturing process in order to manufacture a bipolar transistor. A highly accurate mask can be formed with the same number of steps as in the manufacturing process.

図5(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域11の平面図を示している。高濃度P型不純物領域51の周囲を、ポリシリコン膜90が囲むような平面構成となっている。その他の部分は、図4(a)と同様であるので、説明を省略する。   FIG. 5A shows a plan view of the bipolar transistor formation region 11. The planar structure is such that the polysilicon film 90 surrounds the periphery of the high concentration P-type impurity region 51. The other parts are the same as those shown in FIG.

図6は、イオン打ち込み工程を示した図である。図6(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図であり、図6(b)は、半導体基板40の断面図である。   FIG. 6 is a diagram showing an ion implantation process. FIG. 6A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40.

図6(b)において、半導体基板40の表面に、レジスト102が選択的に形成されてパターニングされている。また、ベース領域50の高濃度ベース領域51の表面に、不純物領域であるエミッタ領域60が形成されている。同様に、P型ウェル層55の表面には、ドレイン領域62及びソース領域63が形成されている。イオン打ち込み工程においては、領域50の表面に、イオンの打ち込みが行われ、更に不純物領域が形成される。また、バーポーラトランジスタ形成領域41のN層20が露出した部分の表面には、コレクタコンタクト領域61が形成される。   In FIG. 6B, a resist 102 is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate 40 and patterned. An emitter region 60 that is an impurity region is formed on the surface of the high-concentration base region 51 of the base region 50. Similarly, a drain region 62 and a source region 63 are formed on the surface of the P-type well layer 55. In the ion implantation step, ions are implanted on the surface of the region 50 to further form an impurity region. A collector contact region 61 is formed on the surface of the portion where the N layer 20 is exposed in the bipolar transistor formation region 41.

イオン打ち込み工程においては、まず、レジスト102のパターニングが行われ、不純物領域を形成しない部分がレジスト102で覆われる。次いで、レジスト102と、LOCOS酸化膜70と、ポリシリコン膜90とをマスクとして、イオンの打ち込みが行われる。この場合、LOCOS酸化膜70をマスクの一部として用いるので、イオンは、LOCOS酸化膜70を透過しない程度の低エネルギーで打ち込まれる。また、LOCOS酸化膜70で覆われていない部分は、薄膜状のゲート酸化膜80で覆われているので、ゲート酸化膜80は透過するレベルの低エネルギーで、イオンは打ち込まれる。打ち込まれるイオンは、例えば、リンが用いられてもよい。これにより、エミッタ領域60、コレクタコンタクト領域61、ドレイン領域62及びソース領域63が、P型不純物領域50の表面にN型の導電型で形成されることになる。なお、ドレイン領域62とソース領域63は、同じ不純物領域であるので、配置が逆であってもよい。   In the ion implantation process, patterning of the resist 102 is first performed, and a portion where an impurity region is not formed is covered with the resist 102. Next, ions are implanted using the resist 102, the LOCOS oxide film 70, and the polysilicon film 90 as a mask. In this case, since the LOCOS oxide film 70 is used as a part of the mask, ions are implanted with low energy that does not pass through the LOCOS oxide film 70. Further, since the portion not covered with the LOCOS oxide film 70 is covered with the thin gate oxide film 80, the gate oxide film 80 is ion-implanted with a low energy level that allows the gate oxide film 80 to pass therethrough. For example, phosphorus may be used as the ions to be implanted. As a result, the emitter region 60, the collector contact region 61, the drain region 62, and the source region 63 are formed on the surface of the P-type impurity region 50 with N-type conductivity. Note that since the drain region 62 and the source region 63 are the same impurity region, the arrangement may be reversed.

エミッタ領域60の形状及び大きさは、マスクとして機能するポリシリコン膜90により高精度に定められ、エミッタ領域60を高精度に形成することができる。これにより、ベース領域50の、高濃度ベース領域51の横幅の大きさを適切に確保することができる。   The shape and size of the emitter region 60 are determined with high accuracy by the polysilicon film 90 functioning as a mask, and the emitter region 60 can be formed with high accuracy. Thereby, the width of the high concentration base region 51 in the base region 50 can be appropriately ensured.

図6(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図を示しているが、レジスト102と、LOCOS酸化膜70と、ポリシリコン膜90により、マスクが形成され、エミッタ領域60にイオンの打ち込みが行える状態となっていることが示されている。   FIG. 6A shows a plan view of the bipolar transistor formation region 41, but a mask is formed by the resist 102, the LOCOS oxide film 70, and the polysilicon film 90, and ions are implanted into the emitter region 60. It is shown that it is ready to do.

図7は、熱処理工程を示した図である。図7(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図であり、図7(b)は、半導体基板40の断面図である。   FIG. 7 is a diagram showing a heat treatment process. FIG. 7A is a plan view of the bipolar transistor formation region 41, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 40.

熱処理工程においては、レジスト102を除去した後、半導体基板40が加熱処理される。これにより、図7(b)に示すように、半導体基板40の表面に形成されたエミッタ領域60、コレクタコンタクト領域61、ドレイン領域62及びソース領域63が側方及び下方に拡大する。   In the heat treatment step, the semiconductor substrate 40 is heat-treated after removing the resist 102. As a result, as shown in FIG. 7B, the emitter region 60, the collector contact region 61, the drain region 62, and the source region 63 formed on the surface of the semiconductor substrate 40 expand laterally and downward.

なお、エミッタ領域60、コレクタコンタクト領域61、ドレイン領域62及びソース領域63は、低エネルギーのイオン打ち込みにより半導体基板40の表面上に薄く形成され、ベース領域50及びP型ウェル層55と比較して、厚さが相当に薄い層である。よって、熱拡散による側方への拡大量は、ベース領域50の熱拡散時に比較して相当に小さくなり、高濃度ベース領域51に大きく食い込まず、エミッタ領域60の端部を十分に制御することができる。   The emitter region 60, the collector contact region 61, the drain region 62, and the source region 63 are thinly formed on the surface of the semiconductor substrate 40 by low energy ion implantation, and compared with the base region 50 and the P-type well layer 55. The layer is considerably thin. Therefore, the lateral expansion amount due to thermal diffusion is considerably smaller than that during thermal diffusion of the base region 50, and does not penetrate significantly into the high-concentration base region 51, and the end portion of the emitter region 60 is sufficiently controlled. Can do.

また、バイポーラトランジス形成領域41のポリシリコン膜90は、LOCOS酸化膜70と同様に、半導体基板40上に残されたままとなるが、ゲート酸化膜80によりエミッタ領域60及びベース領域50とは、電気的に断線されており、電圧が印加される訳ではないので、何らバイポーラトランジスタの動作に悪影響は及ぼさない。また、MOSトランジスタ形成領域42においては、ポリシリコン膜90は、ゲートとして形成され、機能することになる。   Further, the polysilicon film 90 in the bipolar transistor formation region 41 remains on the semiconductor substrate 40 as in the LOCOS oxide film 70, but the emitter region 60 and the base region 50 are separated by the gate oxide film 80. Since it is electrically disconnected and no voltage is applied, the operation of the bipolar transistor is not adversely affected. In the MOS transistor formation region 42, the polysilicon film 90 is formed and functions as a gate.

図7(a)は、バイポーラトランジスタ形成領域41の平面図を透過的に示しているが、ゲート酸化膜80で表面を覆われたエミッタ領域60が、ポリシリコン膜90に周囲が囲まれている状態が示されている。また、LOCOS酸化膜70の下には、低濃度ベース領域52が形成された状態が示されている。なお、高濃度ベース領域51が、ポリシリコン膜90に覆われず、ゲート酸化膜80にのみ覆われて露出した部分は、ベースコンタクト領域である。ここから、ベースへの電流入力を行うことになる。   FIG. 7A transparently shows a plan view of the bipolar transistor formation region 41, but the emitter region 60 whose surface is covered with the gate oxide film 80 is surrounded by the polysilicon film 90. The state is shown. Further, a state in which the low concentration base region 52 is formed under the LOCOS oxide film 70 is shown. The portion where the high-concentration base region 51 is not covered with the polysilicon film 90 but is covered only with the gate oxide film 80 and exposed is the base contact region. From here, current input to the base is performed.

このように、本実施例に係る半導体装置の製造方法においては、図1乃至図7に示した一連の工程を経て、NPN型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, in the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, an NPN-type bipolar transistor can be manufactured through the series of steps shown in FIGS.

図8は、図7(b)のBの部分を拡大した図である。図8において、完成したバイポーラトランジスタのエミッタ領域60と、ベース領域50の境界部分が示されている。図8に示すように、LOCOS酸化膜70の横方向の位置が変動しても、ポリシリコン膜90によりマスクが形成されているので、LOCOS酸化膜70の影響を受けず、エミッタ領域60を高精度に形成することができる。これにより、エミッタ領域60の端部が高濃度ベース領域51に食い込むことを回避することができ、高濃度ベース領域51の横方向の領域を十分に確保することができる。   FIG. 8 is an enlarged view of a portion B in FIG. In FIG. 8, a boundary portion between the emitter region 60 and the base region 50 of the completed bipolar transistor is shown. As shown in FIG. 8, even if the lateral position of the LOCOS oxide film 70 changes, the mask is formed by the polysilicon film 90, so that the emitter region 60 is not affected by the LOCOS oxide film 70. It can be formed with high accuracy. Thereby, it is possible to avoid the end of the emitter region 60 from biting into the high-concentration base region 51, and a sufficient lateral region of the high-concentration base region 51 can be secured.

図9は、本実施例に係るNPN型バイポーラトランジスタの動作例を説明するための図である。図9において、NPN型バイポーラトランジスタは、エミッタ領域60に注入された小数キャリアの電子が、縦に移動してベース領域50を通過し、コレクタ領域であるN層20に流れ込む動作が好ましい正常な動作である。しかしながら、エミッタ領域60を側方から囲んでいる高濃度ベース領域51の幅が小さいと、小数キャリアが縦方向ではなく、横方向に流れてしまう。また、高濃度ベース領域51と、低濃度ベース領域52は、不純物の濃度勾配があるので、高濃度ベース領域51に注入された小数キャリアは、効率良く低濃度ベース領域52に移送される。つまり、寄生動作をしてしまう。   FIG. 9 is a diagram for explaining an operation example of the NPN bipolar transistor according to the present embodiment. In FIG. 9, the NPN-type bipolar transistor preferably has a normal operation in which the minority carrier electrons injected into the emitter region 60 move vertically and pass through the base region 50 and flow into the N layer 20 as the collector region. It is. However, if the width of the high-concentration base region 51 that surrounds the emitter region 60 from the side is small, the fractional carriers flow in the horizontal direction instead of the vertical direction. Further, since the high concentration base region 51 and the low concentration base region 52 have an impurity concentration gradient, the fractional carriers injected into the high concentration base region 51 are efficiently transferred to the low concentration base region 52. That is, a parasitic operation occurs.

一方、高濃度ベース領域51の幅が十分に長ければ、小数キャリアが高濃度ベース領域51に注入され、更に低濃度ベース領域52に移動する状態を抑制することができ、寄生動作を防止することができる。   On the other hand, if the width of the high-concentration base region 51 is sufficiently long, it is possible to suppress a state in which minority carriers are injected into the high-concentration base region 51 and further move to the low-concentration base region 52, thereby preventing a parasitic operation. Can do.

図8に戻る。図8に示すように、加工精度の高いポリシリコン膜90で、LOCOS酸化膜70と半導体基板40の表面の境界を覆うように形成し、これをマスクとしてイオン打ち込み工程を行うことにより、エミッタ領域60の端部が、ポリシリコン膜90に対向するように形成される。また、加工精度の高いポリシリコン膜90のマスクでエミッタ領域60の面積を規定することにより、エミッタ領域60の面積のバラツキを抑えることができる。また、エミッタ領域60の端部を設計通りに規定して加工することにより、エミッタ領域60を側方から囲んでいる高濃度ベース領域51の横方向の長さを大きくし、バイポーラトランジスタを縦方向に動作させることができる。これにより、設計通りの特性を有するバイポーラトランジスタとすることができる。更に、バイポーラトランジスタは、MOSトランジスタと同様の工程を用いて製造することができ、同一の半導体基板40上にバイポーラトランジスタとMOSトランジスタを製造する場合にも、効率的に半導体装置を製造することができる。   Returning to FIG. As shown in FIG. 8, a polysilicon film 90 with high processing accuracy is formed so as to cover the boundary between the surface of the LOCOS oxide film 70 and the semiconductor substrate 40, and an ion implantation process is performed using this as a mask, thereby forming an emitter region. An end portion 60 is formed so as to face the polysilicon film 90. Further, by defining the area of the emitter region 60 with a mask of the polysilicon film 90 with high processing accuracy, the variation in the area of the emitter region 60 can be suppressed. In addition, by defining and processing the end of the emitter region 60 as designed, the lateral length of the high-concentration base region 51 surrounding the emitter region 60 from the side is increased, and the bipolar transistor is formed in the vertical direction. Can be operated. Thereby, a bipolar transistor having designed characteristics can be obtained. Furthermore, the bipolar transistor can be manufactured using the same process as that of the MOS transistor. Even when the bipolar transistor and the MOS transistor are manufactured on the same semiconductor substrate 40, the semiconductor device can be manufactured efficiently. it can.

なお、本実施例に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置は、種々の電子回路に利用することができ、例えば、基準電圧生成回路として構成することができる。そして、半導体装置をパッケージに収容することにより、半導体集積回路装置として構成することができる。これにより、不純物領域が設計通りに形成され、特性のバラツキの無い優れた特性を有する半導体集積回路装置とすることができる。   The semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment can be used for various electronic circuits, and can be configured as a reference voltage generation circuit, for example. Then, by housing the semiconductor device in a package, it can be configured as a semiconductor integrated circuit device. Thus, the semiconductor integrated circuit device having excellent characteristics in which the impurity regions are formed as designed and there is no variation in characteristics can be obtained.

また、本実施例においては、半導体装置として、NPN型バイポーラトランジスタを製造する例を挙げて説明したが、LOCOS酸化膜70をマスクとしてイオン打ち込み工程を実行する半導体製造工程であれば、種々の半導体装置の製造工程に適用することができる。また、MOSトランジスタ形成領域42には、CMOSを製造するようにしてもよい。CMOSの製造工程も、MOSトランジスタの製造工程と同様であるので、本実施例を同様に適用することができる。   In this embodiment, an example in which an NPN bipolar transistor is manufactured as a semiconductor device has been described. However, various semiconductors can be used as long as the semiconductor manufacturing process executes an ion implantation process using the LOCOS oxide film 70 as a mask. It can be applied to the manufacturing process of the device. Further, a CMOS may be manufactured in the MOS transistor formation region 42. Since the CMOS manufacturing process is the same as the MOS transistor manufacturing process, the present embodiment can be similarly applied.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

本発明は、バイポーラトランジスタ等を含む半導体装置の製造工程や、これらをデバイスとして用いる半導体集積回路装置に利用することができる。   The present invention can be used for manufacturing processes of semiconductor devices including bipolar transistors and the like, and semiconductor integrated circuit devices using these as devices.

10、110 シリコン基板
20、120 N層
30 P層
40、140 半導体基板
41 バイポーラトランジスタ形成領域
42 MOSトランジスタ形成領域
50、150 ベース領域
51、151 高濃度ベース領域
52、152 低濃度ベース領域
60、160 エミッタ領域
61 コレクタコンタクト領域
62 ドレイン領域
63 ソース領域
70、170 LOCOS酸化膜
80、180 ゲート酸化膜
90 ポリシリコン膜
100、102、200、202 レジスト
10, 110 Silicon substrate 20, 120 N layer 30 P layer 40, 140 Semiconductor substrate 41 Bipolar transistor formation region 42 MOS transistor formation region 50, 150 Base region 51, 151 High concentration base region 52, 152 Low concentration base region 60, 160 Emitter region 61 Collector contact region 62 Drain region 63 Source region 70, 170 LOCOS oxide film 80, 180 Gate oxide film 90 Polysilicon film 100, 102, 200, 202 Resist

Claims (9)

半導体基板の表面の所定領域に、LOCOS酸化膜を形成するLOCOS酸化膜形成工程と、
該LOCOS酸化膜と前記半導体基板の表面の境界を覆うように、ポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成工程と、
該ポリシリコン膜をマスクとして、前記半導体基板の表面にイオンの打ち込みを行い、前記半導体基板の表面に、不純物領域を形成するイオン打ち込み工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A LOCOS oxide film forming step of forming a LOCOS oxide film in a predetermined region of the surface of the semiconductor substrate;
A polysilicon film forming step of forming a polysilicon film so as to cover a boundary between the LOCOS oxide film and the surface of the semiconductor substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an ion implantation step of implanting ions on the surface of the semiconductor substrate using the polysilicon film as a mask and forming an impurity region on the surface of the semiconductor substrate.
前記LOCOS酸化膜形成工程と前記ポリシリコン形成工程との間に、前記LOCOS酸化膜を透過する高エネルギーのイオン打ち込みを行う高エネルギーイオン打ち込み工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The semiconductor according to claim 1, further comprising a high energy ion implantation step of performing high energy ion implantation that passes through the LOCOS oxide film between the LOCOS oxide film formation step and the polysilicon formation step. Device manufacturing method. 前記不純物領域は、トランジスタの活性領域であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity region is an active region of a transistor. 前記トランジスタは、バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the transistor is a bipolar transistor. 前記バイポーラトランジスタは、NPN型トランジスタであって、
前記活性領域は、エミッタ領域であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The bipolar transistor is an NPN transistor,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the active region is an emitter region.
前記エミッタ領域の端部は、前記LOCOS酸化膜の端部と対向していることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein an end portion of the emitter region is opposed to an end portion of the LOCOS oxide film. 前記半導体基板の表面の前記所定領域外に、前記LOCOS酸化膜形成工程において、MOSトランジスタの形成領域を定めるLOCOS酸化膜を更に形成し、
前記ポリシリコン膜形成工程において、前記MOSトランジスタのゲートを更に形成し、
前記不純物形成工程において、前記MOSトランジスタのドレイン領域及びソース領域を更に形成し、前記所定領域外にMOSトランジスタを同時に形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
Outside the predetermined region on the surface of the semiconductor substrate, in the LOCOS oxide film forming step, a LOCOS oxide film that defines a MOS transistor formation region is further formed,
In the polysilicon film forming step, further forming a gate of the MOS transistor,
6. The semiconductor according to claim 1, wherein, in the impurity forming step, a drain region and a source region of the MOS transistor are further formed, and a MOS transistor is simultaneously formed outside the predetermined region. Device manufacturing method.
前記MOSトランジスタは、CMOSであることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the MOS transistor is a CMOS. 請求項3乃至8のいずれか一項に記載のトランジスタを用いて、基準電圧生成回路を構成し、
該基準電圧生成回路を含むことを特徴とする半導体集積回路装置。
A reference voltage generation circuit is configured using the transistor according to any one of claims 3 to 8.
A semiconductor integrated circuit device comprising the reference voltage generation circuit.
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