專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含光電轉(zhuǎn)換部和信號處理用晶體管的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖6中表示現(xiàn)有技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體裝置。在該圖中，101為光電轉(zhuǎn)換部，102為控制光電轉(zhuǎn)換后信號的控制部。
107為第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底，由P型雜質(zhì)硼將雜質(zhì)濃度調(diào)整到1×1020atms/cm3左右的硅構(gòu)成。108為半導(dǎo)體襯底107上的本征半導(dǎo)體層(以下稱為I層)，使用將第一導(dǎo)電型、P型雜質(zhì)的硼雜質(zhì)濃度從1×1012atms/cm3調(diào)整到1×1013atms/cm3的硅來形成。109是本征半導(dǎo)體層108上的第二導(dǎo)電型層，由N型雜質(zhì)的磷來調(diào)整雜質(zhì)深度的硅形成。通過以上P型層-I層-N型層的連續(xù)結(jié)構(gòu)，形成光電轉(zhuǎn)換用PIN二極管。115作為第二導(dǎo)電型擴散層，被用作陽極。116是用作陰極的第一導(dǎo)電型擴散層。
控制部102包括NPN雙極型晶體管部103、PNP雙極型晶體管部104、P溝道MIS型晶體管部105和N溝道MIS型晶體管部106。
110是擴散分離區(qū)域，利用PN結(jié)來分離光電轉(zhuǎn)換部101和控制部102，另外，分離NPN雙極型晶體管部103、PNP雙極型晶體管部104的各元件。
在NPN雙極型晶體管部103中，123是形成于第二導(dǎo)電型層109中的NPN雙極型晶體管的集電極部。122是將硼用作雜質(zhì)形成的基極部。121是將砷用作雜質(zhì)形成的發(fā)射極部。
在PNP雙極型晶體管部104中，126是將硼用作雜質(zhì)形成的PNP雙極型晶體管的集電極部。125是將磷用作雜質(zhì)形成的基極部。124是將硼用作雜質(zhì)形成的發(fā)射極部。
在P溝道MIS型晶體管部105中，128是使用P型雜質(zhì)、硼形成的源極、漏極部。112是由氧化硅膜形成的柵極絕緣膜。127將含有磷的多結(jié)晶硅用作N型雜質(zhì)、通過柵極絕緣膜112形成的柵極。
在N溝道MIS型晶體管部106中，111是將硼用作P型雜質(zhì)的P型雜質(zhì)區(qū)域。130是使用N型雜質(zhì)、砷在P型雜質(zhì)區(qū)域111中形成的源極、漏極部。112是由氧化硅膜形成的柵極絕緣膜。129將含有磷的多結(jié)晶硅用作N型雜質(zhì)、通過柵極絕緣膜112形成的柵極。
120是用氧化硅膜分離N溝道MIS型晶體管部106、P溝道MIS型晶體管部105各元件的絕緣體分離部。
在該光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體裝置中，在向光電轉(zhuǎn)換部101入射光的情況下，從陰極116中取出產(chǎn)生的電流，通過由NPN雙極型晶體管部103、PNP雙極型晶體管部104、N溝道MIS型晶體管部106、P溝道MIS型晶體管部105等組合而成的電路來進行信號化處理。
在致密盤等光盤的數(shù)據(jù)讀取裝置中，近年來對光盤的高速讀取的市場要求越來越高。為了滿足該市場要求，在用于光盤的數(shù)據(jù)讀取裝置的讀取部、將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換裝置中，必須實現(xiàn)頻率特性的高頻化。在圖6所示的現(xiàn)有實例的光電轉(zhuǎn)換裝置中，半導(dǎo)體襯底107中含有的P型雜質(zhì)經(jīng)過制造工序擴散到本征半導(dǎo)體層108側(cè)，在半導(dǎo)體襯底107和本征半導(dǎo)體層108的接觸部分中形成由雜質(zhì)輪廓平緩的部分。因此，入射光等時除了由過渡層中產(chǎn)生的載流子形成的電流外，還形成因該部分中產(chǎn)生的載流子延遲擴散到過渡層引起的電流分量，存在時間分解能降低的問題。
因此，為了實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換裝置的特性高頻化，使用所謂的通過調(diào)整半導(dǎo)體襯底107的第一雜質(zhì)的濃度、調(diào)整本征半導(dǎo)體層108的厚度、調(diào)整第二導(dǎo)電型層109的厚度等來提高PIN二極管的響應(yīng)性能，降低布線電阻分量的手段。
但是，這些改善方法對改善PIN二極管的高頻特性有效，但對控制部102上形成的雙極型晶體管的特性或MIS型晶體管的特性產(chǎn)生不良影響。例如，產(chǎn)生所謂的雙極型晶體管的集電極與半導(dǎo)體襯底107、MIS型晶體管的源極、漏極與半導(dǎo)體襯底107之間的PN結(jié)的漏電流或耐壓的元件分離特性或寄生電容的增加、寄生晶體管的形成等不良影響，由于這些不良影響降低了光電轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的電信號電平等。進而，導(dǎo)致所謂信號處理部的信號處理精度或處理速度的性能惡化或成品率降低。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，不影響半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度或本征半導(dǎo)體層的厚度等、形成光電轉(zhuǎn)換用PIN二極管的形成條件，可形成信號處理用的雙極型晶體管和MIS型晶體管，可容易進行這些晶體管特性調(diào)整。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底；本征半導(dǎo)體層，形成于所述半導(dǎo)體襯底上，作為所述第一導(dǎo)電型，將雜質(zhì)濃度調(diào)整為比所述半導(dǎo)體襯底低的濃度；第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，形成于所述本征半導(dǎo)體層上；第一雜質(zhì)層，形成于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)，調(diào)整為第一導(dǎo)電型；和雙極型晶體管及MIS型晶體管，形成于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)，通過所述半導(dǎo)體襯底、所述本征半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)來形成光電轉(zhuǎn)換用二極管。具有形成于所述雙極型晶體管下部的至少一部分上的第一絕緣體層和形成于所述MIS型晶體管下部的至少一部分上的第二絕緣體層。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過在雙極型晶體管及MIS型晶體管的下部形成絕緣體層，可從半導(dǎo)體襯底上對它們進行電分離，可同時提高這些晶體管的性能并提高PIN二極管的特性。由此，可實現(xiàn)PIN二極管的高性能化，使光電轉(zhuǎn)換裝置的頻率特性的高頻化變?nèi)菀?，改善光電轉(zhuǎn)換裝置自身的成品率。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法具備在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底上形成作為所述第一導(dǎo)電型的將雜質(zhì)濃度調(diào)整為比所述半導(dǎo)體襯底低的濃度的本征半導(dǎo)體層的步驟；在所述本征半導(dǎo)體層上形成第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層的步驟；在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)形成調(diào)整為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層的步驟；在所述第一半導(dǎo)電體層的一部分上形成具有集電極擴散層、基極擴散層和發(fā)射極擴散層的雙極型晶體管的步驟；和在所述第一半導(dǎo)電體層的一部分上形成具有源極擴散層和漏極擴散層的MIS型晶體管的步驟，通過所述半導(dǎo)體襯底、所述本征半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)來形成二極管。具有在所述雙極型晶體管下部的至少一部分上形成第一絕緣體層、在所述MIS型晶體管下部的至少一部分上形成第二絕緣體層的步驟。
附圖的簡要描述

圖1是表示實施例1的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2A-圖2J是表示實施例1的半導(dǎo)體裝置制造方法的過程剖面圖；圖3是表示實施例2的半導(dǎo)體裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖4A-圖4F是表示實施例2的半導(dǎo)體裝置制造方法的過程剖面圖；
圖5A-圖5D是表示實施例3的半導(dǎo)體裝置制造方法的過程剖面圖；圖6是表示現(xiàn)有實例的半導(dǎo)體裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。
最佳實施例的描述(實施例1)圖1是表示本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體裝置實例的剖面結(jié)構(gòu)圖。1為光電轉(zhuǎn)換部，2為控制光電轉(zhuǎn)換后控制信號的控制部?？刂撇?由NPN雙極型晶體管部3、PNP雙極型晶體管部4、P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6組合構(gòu)成。
7為第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底，由通過P型雜質(zhì)的硼將雜質(zhì)濃度調(diào)整到1×1020atms/cm3左右的硅構(gòu)成，用作陰極。8為第一導(dǎo)電型的本征半導(dǎo)體層(下面也稱為I層)，在半導(dǎo)體襯底7上用將硼的雜質(zhì)濃度從1×1012atms/cm3調(diào)整到1×1013atms/cm3后的硅形成。9為第二導(dǎo)電型層，在本征半導(dǎo)體層8上通過N型雜質(zhì)磷將雜質(zhì)濃度從1×1015atms/cm3調(diào)整到1×1020atms/cm3左右后的硅形成。為了使陽極用表面低電阻化，導(dǎo)入砷來形成第二導(dǎo)電型擴散層15。通過該P型層-I層-N型層的連接結(jié)構(gòu)，形成光電轉(zhuǎn)換用PIN二極管。16是傳遞來自陰極的電位用的、用硼形成的第一導(dǎo)電型擴散層。由控制部2來控制從第一導(dǎo)電型擴散層16中取出的光電轉(zhuǎn)換后的信號。
在第二導(dǎo)電型層9內(nèi)將磷用作雜質(zhì)來形成NPN雙極型晶體管部3中的集電極部23。將硼用作雜質(zhì)來形成基極部22。將砷用作雜質(zhì)來形成發(fā)射極部21。
將硼用作雜質(zhì)來形成PNP雙極型晶體管部4中的集電極部26。將磷用作雜質(zhì)來形成基極部25。將硼用作雜質(zhì)來形成發(fā)射極部24。
10為擴散分離區(qū)域，使用硼作為P型雜質(zhì)來形成PN結(jié)，分離光電轉(zhuǎn)換部1、NPN雙極型晶體管3、PNP雙極型晶體管4的各元件。
將硼用作P型雜質(zhì)在第二導(dǎo)電型層9中形成P溝道MIS型晶體管部5中的源極、漏極部28。由氧化硅膜來形成柵極絕緣膜12。使用含有磷的多結(jié)晶硅作為N型雜質(zhì)，通過柵極絕緣膜12來形成柵極27。
將硼用作P型雜質(zhì)形成N溝道MIS型晶體管部6中的P型雜質(zhì)區(qū)域11。使用N型雜質(zhì)、砷在P型雜質(zhì)區(qū)域11內(nèi)形成源極、漏極部30。由氧化硅膜來形成柵極絕緣膜12。使用含有磷的多結(jié)晶硅作為N型雜質(zhì)，通過柵極絕緣膜12來形成柵極29。
20為絕緣體分離部，用氧化硅膜形成，分離N溝道MIS型晶體管5、P溝道MIS型晶體管6的各元件。
13為第一絕緣體層，通過氧化硅膜形成于NPN雙極型晶體管3和PNP雙極型晶體管4的下部。在半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8兩方或僅在本征半導(dǎo)體層8上形成第一絕緣體層13。
14為第二絕緣體層，通過氧化硅膜形成于P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6的下部。在本征半導(dǎo)體層8和第二導(dǎo)電型層9兩方或任意一方上形成第二絕緣體層14。
17使用氧化硅膜的夾層絕緣膜，19是使用鋁形成的各電極。
本實施例1的半導(dǎo)體裝置是如下構(gòu)成的實例，從陰極16中取出由入射到光電轉(zhuǎn)換部1中的光產(chǎn)生的電流，通過組合使用NPN雙極型晶體管3、PNP雙極型晶體管部4、P溝道MIS型晶體管部5、N溝道MIS型晶體管部6等的電路來實施信號化處理。
下面參照圖2A至圖2J來說明上述構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖2A-圖2J是表示過程的剖面圖。
首先，將圖2A所示的半導(dǎo)體襯底7調(diào)整為第一導(dǎo)電型。即，使用硅襯底，將硼用作P型雜質(zhì)，將雜質(zhì)濃度調(diào)整為1×1020atms/cm3左右。在半導(dǎo)體襯底7上使用將硼的雜質(zhì)濃度從1×1012atms/cm3調(diào)整到1×1013atms/cm3左右后的硅來形成第一導(dǎo)電型本征半導(dǎo)體層8。
下面如圖2B所示，在本征半導(dǎo)體層8上，通過使用硅烷氣體的外延法，為了調(diào)整為第二導(dǎo)電型的N型而將磷用作雜質(zhì)，形成雜質(zhì)濃度從1×1015atms/cm3到1×1020atms/cm3左右的單結(jié)晶硅的第二導(dǎo)電型層9。
下面如圖2C所示，在第二導(dǎo)電型層9內(nèi)，使用與第二導(dǎo)電型不同的導(dǎo)電型的P型雜質(zhì)硼作為PN結(jié)型元件分離層來形成擴散分離區(qū)域10。以圖2C以后，對應(yīng)當形成光電轉(zhuǎn)換部1、控制部2、NPN雙極型晶體管部3、PNP雙極型晶體管部4、P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6的區(qū)域標以分別對應(yīng)的參照序號來表示。
下面如圖2D所示，形成將硼作為雜質(zhì)的P型雜質(zhì)區(qū)域11來作為PNP型雙極型晶體管部4的集電極形成區(qū)域、和N溝道MIS型晶體管形成區(qū)域6。另外，形成光電轉(zhuǎn)換部1的陰極和所有第一導(dǎo)電型擴散層16。
下面如圖2E所示，在第二導(dǎo)電型層9上使用光刻膠等形成第一掩模圖案31。在第一掩模圖案31中設(shè)置向P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6的所有或部分領(lǐng)域中注入離子用的開口。通過使用第一掩模圖案31的選擇離子注入法來進行第一離子注入33，形成第一氧離子注入?yún)^(qū)域35。此時，調(diào)整第一離子注入33的加速能量，以僅在本征半導(dǎo)體層8和第二導(dǎo)電型層9兩方或任意一方中形成第一氧離子注入?yún)^(qū)域35。
下面如圖2F所示，通過氧等離子體處理等選擇去除圖2E中用于第一離子注入33中的第一掩模圖案31。下面，在第二導(dǎo)電型層9上使用光刻膠等形成第二掩模圖案32。在第二掩模圖案32中設(shè)置向NPN雙極型晶體管3和PNP雙極型晶體管部4的所有或部分領(lǐng)域中注入離子用的開口。通過使用該第二掩模圖案32的選擇離子注入法來進行第二離子注入34，形成第二氧離子注入?yún)^(qū)域36。
此時，將第二離子注入34的加速能量設(shè)定得比第一離子注入33高，以與第一氧離子注入?yún)^(qū)域35不同深度的位置、例如深的位置上形成通過第二離子注入34形成的第二氧離子注入?yún)^(qū)域36。由此，在半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8兩方或僅在本征半導(dǎo)體層8內(nèi)形成第二氧離子注入?yún)^(qū)域36。
下面如圖2G所示，通過氧等離子體處理等選擇去除圖2F中用于第二離子注入34中的第二掩模圖案32。下面，通過使用氬氣等惰性氣體的1000度左右的高溫熱處理，使第一氧離子注入?yún)^(qū)域35的氧離子與本征半導(dǎo)體層8和第二導(dǎo)電型層9反應(yīng)，使第二氧離子注入?yún)^(qū)域36的氧離子與半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8反應(yīng)，分別進行氧化硅膜化，形成第一絕緣體層13、第二絕緣體層14。
下面如圖2H所示，使用P型雜質(zhì)硼形成NPN雙極型晶體管3的基極22，使用N型雜質(zhì)磷形成PNP雙極型晶體管部4的基極25。另外，通過使用硅氧化膜的LOCOS法等，形成分離P溝道MIS型晶體管部5、N溝道MIS型晶體管部6各元件的絕緣體分離部20。
下面如圖2I所示，將磷作為N型雜質(zhì)來形成NPN雙極型晶體管3的發(fā)射極21，將硼作為P型雜質(zhì)來形成PNP雙極型晶體管部4的發(fā)射極24。另外，將硼作為P型雜質(zhì)，在第二導(dǎo)電型層9中形成P溝道MIS型晶體管部5中的源極、漏極28。另外，由硅氧化膜形成柵極絕緣膜12，并使用含有磷作為N型雜質(zhì)的多結(jié)晶硅來形成柵極27。
另外，使用砷作為N型雜質(zhì)來在P型雜質(zhì)區(qū)域11中形成N溝道MIS型晶體管部6中的源極、漏極部30。由硅氧化膜形成柵極絕緣膜12，并使用含有磷作為N型雜質(zhì)的多結(jié)晶硅來形成柵極29。此外，使用砷作為N型雜質(zhì)來形成第二導(dǎo)電型擴散層15。
下面如圖2J所示，在NPN雙極型晶體管3、PNP雙極型晶體管部4、P溝道MIS型晶體管部5、N溝道MIS型晶體管部6、光電轉(zhuǎn)換部1的各元件上，使用CVD法形成的氧化硅膜來形成夾層絕緣膜17。另外，在夾層絕緣膜17中，通過光蝕刻技術(shù)等形成連接孔18，形成鋁構(gòu)成的電極19，完成光電轉(zhuǎn)換裝置。
上述說明的實施例1中，第一絕緣體層13和第二絕緣體層14是形成于上部的元件，對于NPN雙極型晶體管3和PNP雙極型晶體管部4、P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6，通過分別形成不同深度，提高各個元件的特性。即，在本實施例中，對于雙極型晶體管3、4，在半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8的疊層部分上形成第一絕緣體層13，抑制雙極型晶體管3、4與半導(dǎo)體襯底7之間的逸流。對于MIS型晶體管部5、6，通過在本征半導(dǎo)體層8和第二導(dǎo)電型層9的疊層部分上形成第二絕緣體層14，防止由MIS型晶體管部5、6和本征半導(dǎo)體層8形成寄生晶體管，提高各元件的特性。
上述制造方法是在向雙極型晶體管3、4的下部執(zhí)行第二離子注入34之前執(zhí)行向MIS型晶體管部5、6下部的第一離子注入33，但不用說，即使先執(zhí)行第二離子注入34也可得到相同的特性。
另外，在本實施例中，雖然表示了由二氧化硅形成第一絕緣體層13和第二絕緣體層14的實例，但不用說，即使由氮化硅等絕緣體來形成，也可得到相同的特性。
(實施例2)圖3表示實施例2的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。該半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)與圖1所示的實施例1的半導(dǎo)體器件相同，因此，對相同的要素標以與圖1相同的參照符號，避免重復(fù)說明。
與圖1的半導(dǎo)體裝置不同的要素為第一絕緣體層13a、第二絕緣體層14a和第三絕緣體層39。
第一絕緣體層13a由氧化硅膜形成于NPN雙極型晶體管3和PNP雙極型晶體管部4的下部。第三絕緣體層39由氧化硅膜形成于P溝道MIS型晶體管部5的下部和N溝道MIS型晶體管部6的下部。第一絕緣體層13a和第三絕緣體層39形成于半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8兩方或僅形成于本征半導(dǎo)體層8上。
第二絕緣體層14a由氧化硅膜形成于P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6下部。從第二導(dǎo)電型層9下部連接到本征半導(dǎo)體層8中及第三絕緣體層39的上部形成第二絕緣體層14a。
上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置是如下構(gòu)成的實例，從陰極16中取出由入射到光電轉(zhuǎn)換部1中的光產(chǎn)生的電流，通過組合使用NPN雙極型晶體管3、PNP雙極型晶體管部4、P溝道MIS型晶體管部5、N溝道MIS型晶體管部6等的電路來實施信號化處理。
下面說明上述構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置的制造方法。該制造方法的初期步驟與實施例1中圖2A至圖2D所示的制造方法的步驟相同，所以省略圖示和說明。參照圖4A至圖4F說明此后的步驟。圖4A至圖4F是表示過程的剖面圖。
在圖2D所示步驟后，如圖4A所示，在第二導(dǎo)電型層9上使用光刻膠等形成第一掩模圖案31。在第一掩模圖案31中設(shè)置向P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6的全部或部分領(lǐng)域中注入離子用的開口。通過使用第一掩模圖案31的選擇離子注入法來進行第一離子注入33，形成第一氧離子注入?yún)^(qū)域35。此時，調(diào)整第一離子注入33的加速能量，以在本征半導(dǎo)體層8和第二導(dǎo)電型層9的下部形成第一氧離子注入?yún)^(qū)域35。
下面如圖4B所示，通過氧等離子體處理等選擇去除圖4A中用于第一離子注入33中的第一掩模圖案31。下面，在第二導(dǎo)電型層9上使用光刻膠等形成第二掩模圖案32a。在第二掩模圖案32a中設(shè)置向NPN雙極型晶體管3和PNP雙極型晶體管部4的全部或部分領(lǐng)域、和向P溝道MIS型晶體管部5和N溝道MIS型晶體管部6的全部或部分領(lǐng)域中注入離子用的開口。通過使用該第二掩模圖案32a的選擇離子注入法來進行第二離子注入34，形成第二氧離子注入?yún)^(qū)域36。此時，將第二離子注入34的加速能量設(shè)定得比第一離子注入33高，以與第一氧離子注入?yún)^(qū)域35不同深度的位置、例如深的位置上形成第二氧離子注入?yún)^(qū)域36。由此，在半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8兩方中形成第二氧離子注入?yún)^(qū)域36，并調(diào)整成與第一氧離子注入?yún)^(qū)域35連接。
下面如圖4C所示，通過氧等離子體處理等選擇去除圖4B中用于第二離子注入34中的第二掩模圖案32a。下面，通過使用氬氣等惰性氣體的1000度左右的高溫熱處理，使第一氧離子注入?yún)^(qū)域35的氧離子與例如本征半導(dǎo)體層8和第二導(dǎo)電型層9反應(yīng)，使第二氧離子注入?yún)^(qū)域36的氧離子與例如半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8反應(yīng)，分別進行氧化硅膜化，由此，形成第二絕緣體層14a、第一絕緣體層13a、和第三絕緣體層39。
下面如圖4D所示，使用P型雜質(zhì)硼形成NPN雙極型晶體管部3的基極22，使用N型雜質(zhì)磷形成PNP雙極型晶體管部4的基極25。另外，通過使用硅氧化膜的LOCOS法等，形成分離P溝道MIS型晶體管部5、N溝道MIS型晶體管部6各元件的絕緣體分離部20。
下面如圖4E所示，將磷作為N型雜質(zhì)來形成NPN雙極型晶體管部3的發(fā)射極21，將硼作為P型雜質(zhì)來形成PNP雙極型晶體管部4的發(fā)射極24。另外，將硼作為P型雜質(zhì)，在第二導(dǎo)電型層9中形成P溝道MIS型晶體管部5中的源極、漏極28。另外，由硅氧化膜形成柵極絕緣膜12，并使用含有磷作為N型雜質(zhì)的多結(jié)晶硅來形成柵極27。
另外，使用砷作為N型雜質(zhì)來在P型雜質(zhì)區(qū)域11中形成N溝道MIS型晶體管部6中的源極、漏極部30。由硅氧化膜形成柵極絕緣膜12，并使用含有磷作為N型雜質(zhì)的多結(jié)晶硅來形成柵極29。此外，使用砷作為N型雜質(zhì)來形成第二導(dǎo)電型擴散層15。
下面如圖4F所示，在NPN雙極型晶體管部3、PNP雙極型晶體管部4、P溝道MIS型晶體管部5、N溝道MIS型晶體管部6、光電轉(zhuǎn)換部1的各元件上，根據(jù)CVD法利用氧化硅膜來形成夾層絕緣膜17。另外，在夾層絕緣膜17中，通過光蝕刻技術(shù)等形成連接孔18，通過鋁構(gòu)成電極19，完成光電轉(zhuǎn)換裝置。
實施例2的特征在于，在MIS型晶體管部5、6的下部形成第二絕緣體層14a和第三絕緣體層39，形成比電絕緣必要厚度厚的絕緣體層。由此，除電絕緣效果外，對于MIS型晶體管部5、6而言，很難受到來自第二絕緣體層14a下部的半導(dǎo)體襯底7的電位的影響，因此，可以提高各元件的特性。
根據(jù)本實施例的制造方法，在MIS型晶體管部5、6的下部和雙極型晶體管3、4的下部上可同時形成第一絕緣體層13a和第三絕緣體層39，有助于消減制造成本。
(實施例3)參照圖5A至圖5D來說明實施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖5A至圖5D是表示過程的剖面圖。
圖5A的步驟與實施例2中圖4A所示的步驟相同，因此省略此前的步驟說明。
在圖5B所示，將圖5A步驟中用于第一離子注入33中的第一掩模圖案31作為掩模進行第三離子注入37，形成第三氧離子注入?yún)^(qū)域38。此時，將第三離子注入37的加速能量設(shè)定得比第一離子注入33高，以與第一氧離子注入?yún)^(qū)域35不同深度的位置、例如深的位置上形成第三氧離子注入?yún)^(qū)域38。由此，在半導(dǎo)體襯底7的上部和本征半導(dǎo)體層8兩方中形成第三氧離子注入?yún)^(qū)域38，并調(diào)整成與第一氧離子注入?yún)^(qū)域35連接。
下面如圖5C所示，通過氧等離子體處理等選擇去除圖5B步驟中用于第三離子注入37中的第一掩模圖案31。接著，在第二導(dǎo)電型層9上，使用光刻膠等形成第二掩模圖案32。在第二掩模圖案32中設(shè)置向NPN雙極型晶體管部3和PNP雙極型晶體管部4的全部或部分區(qū)域中注入離子用的開口。通過使用第二掩模圖案32的選擇離子注入法來進行第二離子注入34，形成第二氧離子注入?yún)^(qū)域36。
下面如圖5D所示，通過氧等離子體處理等選擇去除圖5C步驟中用于第二離子注入34中的第二掩模圖案32。接著，通過使用氬氣等惰性氣體的1000度左右的高溫熱處理，使第一氧離子注入?yún)^(qū)域35的氧離子與例如本征半導(dǎo)體層8和第二導(dǎo)電型層9反應(yīng)，使第二氧離子注入?yún)^(qū)域36的氧離子與例如半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8反應(yīng)，使第三氧離子注入?yún)^(qū)域38的氧離子與例如半導(dǎo)體襯底7和本征半導(dǎo)體層8反應(yīng)，進行氧化硅膜化，分別形成第二絕緣體層14a、第一絕緣體層13a、和第三絕緣體層39。
以后的步驟構(gòu)成為與實施例2中圖4D以后的步驟相同的過程，所以省略說明。
根據(jù)實施例3的制造方法，可分別形成MIS型晶體管部5、6的下部和雙極型晶體管部3、4的下部的絕緣體層，所以能夠容易分別控制元件特性。
實施例2和3是在MIS型晶體管部5、6的下部形成第三絕緣體層39的實例，但即使在雙極型晶體管3、4的下部形成，也可得到相同的效果。
上述實施例的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)及其制造方法中使用的材料或加工方法是一實例，也可使用通常使用的同等材料或加工方法。即使對于組合不同的導(dǎo)電型或不同的雜質(zhì)濃度、不同的材質(zhì)作為疊層結(jié)構(gòu)的襯底，只要最上層部與本發(fā)明中的半導(dǎo)體襯底相同，就可適用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)及其制造方法，由此，可得到與上述相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，具備第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底；本征半導(dǎo)體層，形成于所述半導(dǎo)體襯底上，作為所述第一導(dǎo)電型，將雜質(zhì)濃度調(diào)整為比所述半導(dǎo)體襯底低的濃度；第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，形成于所述本征半導(dǎo)體層上；第一雜質(zhì)層，形成于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)，調(diào)整為第一導(dǎo)電型；和雙極型晶體管及MIS型晶體管，形成于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)，通過所述半導(dǎo)體襯底、所述本征半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)來形成光電轉(zhuǎn)換用二極管，其特征在于，具有形成于所述雙極型晶體管下部的至少一部分上的第一絕緣體層和形成于所述MIS型晶體管下部的至少一部分上的第二絕緣體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有連接于所述第一絕緣體層或所述第二絕緣體層下部一部分上的第三絕緣體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，僅在包含所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)和所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)的區(qū)域或所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)形成所述第一絕緣體層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)和所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的至少一方的區(qū)域中形成所述第二絕緣體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，僅在包含所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)和所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)的區(qū)域或所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)形成所述第一絕緣體層，在包含所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)和所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的區(qū)域或所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)形成所述第二絕緣體層，具有連續(xù)形成第一絕緣體層和第二絕緣體層的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一絕緣體層和第二絕緣體層的至少一方由二氧化硅或氮化硅形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底和所述本征半導(dǎo)體層的材質(zhì)是硅。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述本征半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度是從1×1012atms/cm3至1×1013atms/cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一絕緣體層和第二絕緣體層的至少一方的厚度比電絕緣必需的厚度厚。
10.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，具備在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底上形成作為所述第一導(dǎo)電型的將雜質(zhì)濃度調(diào)整為比所述半導(dǎo)體襯底低的濃度的本征半導(dǎo)體層的步驟；在所述本征半導(dǎo)體層上形成第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層的步驟；在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)形成調(diào)整為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層的步驟；在所述第一半導(dǎo)電體層的一部分上形成具有集電極擴散層、基極擴散層和發(fā)射極擴散層的雙極型晶體管的步驟；和在所述第一半導(dǎo)電體層的一部分上形成具有源極擴散層和漏極擴散層的MIS型晶體管的步驟，通過所述半導(dǎo)體襯底、所述本征半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)來形成二極管，其特征在于，具有在所述雙極型晶體管下部的至少一部分上形成第一絕緣體層、在所述MIS型晶體管下部的至少一部分上形成第二絕緣體層的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，形成連接于所述第一絕緣體層或所述第二絕緣體層下部一部分上的第三絕緣體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，僅在包含所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)和所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)的區(qū)域或所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)形成所述第一絕緣體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)和所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的至少一方的區(qū)域中形成所述第二絕緣體層。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述第一絕緣體層的形成步驟包含第一離子注入步驟和高溫熱處理步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述第二絕緣體層的形成步驟包含第二離子注入步驟和高溫熱處理步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述第三絕緣體層的形成步驟包含第三離子注入步驟和高溫熱處理步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在形成所述第一絕緣體層的步驟或形成所述第二絕緣體層的步驟中形成所述第三絕緣體層。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-16任意一項所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述第一離子注入步驟、所述第二離子注入步驟、或所述第三離子注入步驟中注入的離子通過所述高溫熱處理步驟與所述半導(dǎo)體襯底、所述本征半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的至少之一反應(yīng)，形成所述第一絕緣體層、所述第二絕緣體層或所述第三絕緣體層。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在形成所述第一絕緣體層的步驟中，調(diào)整所述第一離子注入的深度，以在連續(xù)疊層所述半導(dǎo)體襯底和所述本征半導(dǎo)體層的部分的至少一部分或僅所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)的至少一部分上形成所述第一絕緣體層。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在形成所述第二絕緣體層的步驟中，調(diào)整所述第二離子注入的深度，以僅在連續(xù)疊層所述本征半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的部分的至少一部分上、或僅所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)的至少一部分上、或僅在所述第一半導(dǎo)體層的至少一部分上形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，僅在包含所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)和所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)的區(qū)域或所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)形成所述第一絕緣體層，在包含所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)和所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的區(qū)域或所述本征半導(dǎo)體層內(nèi)形成第二絕緣體層，形成第一絕緣體層和第二絕緣體層連續(xù)的部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述第一絕緣體層和第二絕緣體層的至少一方由二氧化硅或氮化硅形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底和所述本征半導(dǎo)體層的材質(zhì)是硅。
24.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述本征半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度是從1×1012atms/cm3至1×1013atms/cm3。
25.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述第一絕緣體層和第二絕緣體層的至少一方的厚度比電絕緣必需的厚度厚。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置,具備第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底;形成于所述半導(dǎo)體襯底上的所述第一導(dǎo)電型本征半導(dǎo)體層;形成于所述本征半導(dǎo)體層上的第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層;形成于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi),調(diào)整為第一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)層;和形成于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的雙極型晶體管及MIS型晶體管。通過所述半導(dǎo)體襯底、所述本征半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)來形成光電轉(zhuǎn)換用二極管。具有形成于所述雙極型晶體管和所述MIS型晶體管下部的各自至少一部分上的第一絕緣體層和第二絕緣體層。
文檔編號H01L21/265GK1388593SQ0214108
公開日2003年1月1日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者嶋崎豐幸, 大澤勝市, 茶藤哲夫, 志水雄三 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社