JPH01112770A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は半導体装置の製造方法にかかり、特にベース
領域とエミッタ領域を制御性良く自己整合的に形成する
高性能のバイポーラトランジスタの製造方法に関する。

（従来の技術） 高性能バイポーラトランジスタ装置は、ｇ子計算機、光
通信、各種アナログ回路等の様々な応用分野で要求され
る。最近ベース領域とエミッタ領域の自己整合技術がい
くつか提案され、試作されたバイポーラトランジスタの
遮断周波数は３０ＧＨｚに達しようとしている。（例え
ば、■ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ、　ｖｏｌ、　
ＨＤ−３３，Ｎｏ、４．　Ａｐｒ。

１９８６、　ｐ、　５２６．■特開昭５８−７８６２号
公報、■ＩＥＤＭ’８６．１９８６．　ｐ、　４２０）
　、以下に代表的な従来技術を説明し、その問題点を明
らかにする６第３図（ａ）〜（ｄ）は従来例の製造工程
を工程順に示すいずれも断面図である。Ｐ型シリコン基
板１０１にｎ十型埋め込み層１０２を介してｎ型エピタ
キシャル層１０３を形成したウェーハを用いている。こ
のウェーハの素子分離領域にはチャネル・ストッパとな
るｐ型１１０４が形成され、また選択酸化による酸化膜
１０５が形成される。二のウェーハの素子領域表面に薄
い熱酸化膜１０６を形成した後、全面に耐酸化性マスク
となる窒化膜（Ｓｉ２Ｎ３膜）１０７を堆積し、続いて
第一の多結晶シリコン膜１０８を堆積する。この第一の
多結晶シリコン膜１０８のうち素子分離領域上の不要な
部分は熱酸化により酸化膜１０９に変える。次いで、第
一の多結晶シリコンｖ４１０８にボロンをイオン注入し
て添加し、ホトエツチングによりエミッタ形成領域上の
第一の多結晶シリコン膜１０８をエツチングして開口を
設ける。（第３図（ａ））。

その後、酸化性雰囲気中で熱処理して多結晶シリコン膜
１０８の表面に酸化膜１１０を形成し、この酸化膜１１
０をマスクとして開口部の窒化膜１０７を加熱リン酸水
溶液でエツチング除去する。そして露出した酸化膜１０
６をＮＨ４Ｆ水溶液で除去してウェーハ面を露出させる
。このとき開口部の窒化膜１０７のエツチングを意図的
にオーバー・エツチングすることによって、オーバーハ
ング部１１１を形成し、第一の多結晶シリコン膜１０８
の一部を露出させる（第３図（ｂ））。

次いで第二の多結晶シリコン膜１１２を全面に堆積して
オーバーハング部１１１の下の空洞部も埋め込み、その
後第二の多結晶シリコン膜をエツチングして酸化膜１０
６および開口部のウェーハ面を露出させる（第３図（ｃ
））　。

続いて露出させたウェーハ表面および多結晶シリコン膜
の側面に熱酸化による酸化膜１１３を形成するにのとき
第一の多結晶シリコン膜１０８に予めドープしておいた
ボロンを、前記オーバーハング部１１１の第二の多結晶
シリコン膜１１２を介してウェーハに拡散させ、ｐ型の
外部ベースＪｉｍ　１１４を形成する。この後、ボロン
のイオン注入によりｐ型の内部ベースｌ　１１５を形成
する。次いで、　ＣＶＤ絶縁膜１１６と第三の多結晶シ
リコン膜１１７を堆積し、反応性イオンエツチングによ
りこれらをエツチングして開口部側壁にのみこれらを残
し、第三の多結晶シリコン膜１１７をマスクとして開口
部のウェーハ表面の酸化膜を除去する。そして高濃度に
砒素をイオン注入した第四の多結晶シリコン膜１１８を
堆積し、熱処理により砒素を拡散させてｎ型エミッター
層１１９を形成して完成する（第３図（ｄ））。

第一、第二の多結晶シリコン膜１０８．１１２はベース
電極として用いられ、第四の多結晶シリコン膜１１８は
エミッタ電極として用いられる。

取上の従来の方法によると、ベースとエミッタが自己整
合で形成され、しかもエミッタ拡散窓から幅０．３５μ
ｍという微細構造が可能になる。これにより、高速動作
可能なバイポーラトランジスタが得られる。しかしなが
らこの方法では、第３図（ｂ）に示したオーバーハング
の大きさを制御することが藩しいという壁点がある。取
上のようにこのオーバーハング形成の工程は、加熱リン
酸水溶液により窒化膜をエツチングする工程であるが。

温度、リン酸濃度、撹拌状態等の制御が難かしい。

このため、ウェーハ間およびウェーハ内でオーバーハン
グの大きさにばらつきが生じ、素子特性のばらつきの原
因と、なる。

（発明が解決しようとする問題点） 取上の如く、従来の高性能バイポーラトランジスタの製
造方法では構造寸法をきめるオーバーエツチングが加熱
リン酸水溶液によるエツチング量に依存していた。この
加熱リン酸水溶液によるエツチングは、そのエツチング
レートが温度によって大きく変わり、また、濃度によっ
て変化するため、オーバーエツチングによってエツチン
グの大きさを制御することは再現性において極めて困難
である。このため、安定に高速性能を発揮するバイポー
ラトランジスタが得られないという重大な問題があった
。

この発明は上に述べた従来の問題点に鑑み、改良された
バイポーラトランジスタが得られる半導体装置の製造方
法を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この発明にかかる半導体装置の製造方法は、素子分離領
域によって分離された第一導電型のコレクタ層を有する
半導体基板上に第一の絶縁膜、耐酸化性絶縁膜、第二の
絶縁膜、第一の導体膜を順次積層して被着する工程と、
前記第一の導体膜に第二の導電型不純物原子を高濃度に
添加しエミッタ領域形成予定域の前記第一の導体膜を第
二の絶縁膜が露出するまで除去し開口部を形成する工程
と、前記開口部の第二の絶縁膜を除去し前記耐酸化性絶
縁膜を露出させる工程と、前記第一の導体膜の露出部を
第三の絶縁膜に変える工程と、前記第三の絶縁膜をマス
クに露出した前記耐酸化性絶縁膜を第一の絶縁膜が露出
するまでエツチング除去したのちさらにベース領域形成
予定域にオーバーエツチングして第一の導体膜とその下
に残置している第二の絶縁膜の下方に空洞を形成する工
程と、露出した第一の絶縁膜を半導体基板が露出するま
でエツチング除去すると同時に前記空洞上部に露出した
第二の絶縁膜を第一の導体膜が露出するまでエツチング
除去する工程と、前記空洞内にベース電極の一部となる
第二の導体膜を選択的に埋め込む工程と、前記開口部に
露出した半導体基板、および第二の導体膜の側壁部に熱
酸化膜を形成すると同時に、前記第一の導体膜に予め添
加された第二の導電型不純物原子を前記コレクタ層に拡
散させ第二導電型の外部ベース層を形成する工程と、前
記半導体基板の開口部における露出部に第二導電型の不
純物原子を添加して第二導電型の内部ベース層を形成す
る工程と、前記内部ベース層が形成された開口部に半導
体基板を露出させここにエミッタ電極の一部となる第三
の導体膜を被着する工程と、前記第三の導体膜を介して
不純物原子を半導体基板に拡散させて第一導電型のエミ
ッタ層を形成する工程を含むものであり、また、耐酸化
性絶縁膜のエツチング除去を、第一の絶縁膜および第二
の絶縁膜をマスクにして反応性プラズマエツチングによ
り施すことを特徴とする。

（作　用） この発明は第一の絶縁膜上の耐酸化性絶縁膜と第一の導
体膜間に第二の絶縁膜を設けている。これにより、上記
耐酸化性絶縁膜をサイドエツチングするにあたって、絶
縁膜と耐酸化性絶縁膜の選択性のあるエツチングであれ
ば可能で、反応性プラズマエツチングを用いる事ができ
、従来のような加熱リン酸水溶液を用いる必要がなくな
った。

加熱リン酸水溶液による工、ツチングは、エツチングレ
ートが温度によって大きく変わり、水溶液の濃度によっ
ても変化するため、オーバーエツチングの大きさを制御
する事は極めて困雅であったが、本発明によって、加熱
リン酸水溶液によるエツチングを制御性の良い反応性プ
ラズマエツチングに変える事ができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例につき図面を参照して説明す
る。

第１図は一実施例のバイポーラトランジスタの製造方法
を工程順に断面図で示す。

まずバイポーラトランジスタの素子分離としては、ｐ型
シリコン基板にｎ型の高濃度不純物層２を形成し、さら
にｎ型の比較的低濃度層（〜１×１０”ａｎ″′３）の
エピタキシャル層３を気相成長法で形成した後、トレン
チ技術及び選択酸化技術を用いて、素子間分離としてト
レンチ領域４及びベースエミッタ領域とコレクタコンタ
クト部を分離する電極間分離領域に絶縁酸化膜５を形成
する。またｎ型の高不純物層２はコレクタコンタクトに
接続されており（図示せず）従って低濃度エピタキシャ
ル層から成るエピタキシャル層３はコレクタの一部を形
成している。シリコン基板全面に熱酸化により厚さ５０
０人程サイ酸化膜６を形成し、さらにその上にトレンチ
領域及び分離用絶縁膜の領域を含めて全面に耐酸化性絶
縁膜としてシリコン窒化膜７　（Ｓｉ、Ｎ、膜）を１０
００人堆積する。さらにその上に、第二の絶縁膜として
ＣｖＤシリコン酸化膜８を５００人堆積する。次いで、
全面に第一の導体膜として多結晶シリコン［９を厚さ４
０００人程度成長させる（第１図（ａ））。

次に、前記多結晶シリコン膜９にボロンを５０ＫｅＶ、
　５　Ｘ　１０１ｓｃｓ−”の条件でイオン注入する。

ひき続き後にエミッタ拡散領域に対応していく領域上の
多結晶シリコン膜９を写真蝕刻法及びエツチング法によ
り除去する。その後、下地の第二の酸化膜８も連続して
除去し、第二の酸化膜の下地のシリコン窒化膜７が露出
するまで行なう（第１図（ｂ））。

その後、９００℃ウェット酸化を行ない多結晶シリコン
膜９の上面及び側面に熱酸化膜１９．２９を４０００人
程度形成する。次に、この熱酸化［１９，２９をマスク
に開口部のシリコン窒化膜７を反応性プラズマエツチン
グにより下地の第一の酸化Ｂ’Ｊ　ｓが露出するまで除
去する。このエツチングは下地の前記第１の酸化膜６が
露出した後もさらに意図的にオーバーエツチングを行な
い、シリコン窒化膜７を２０００人程度サイドエツチン
グし、多結晶シリコン膜９の直下に空洞１０を形成する
。その後、露出した第一のシリコン酸化膜６と第二のシ
リコン酸化膜８をＮ　Ｈ４’Ｆ溶液などでエツチングし
除去する（第１図（ｃ））。

次に、第二の導体膜として多結晶シリコン膜１１を全面
に３０００人被着全２オーパーツ）ング部に露出してい
る多結晶シリコン直下の空洞１０（第１図（Ｃ））を完
全に埋め込み第二の多結晶シリコン膜を、オーバーハン
グ部の多結晶シリコン膜１１を残したまま、酸化膜９及
びシリコン基板の表面が露出するまで反応性プラズマエ
ツチングにより除去する（第１図（ｄ））。

次に、露出したシリコン基板の表面と多結晶シリコン膜
１１の側壁部にウェット酸化を行し１、膜厚７００人の
シリコン酸化［３１を形成する。このとき、あらかじめ
第一の電導性材料に添加しておしまたボロンをオーバー
ハング部の多結晶シリコン膜１１を通じて下地のシリコ
ン基板に拡散しｐ型の外部ベース領域１２を形成する。

そしてボロンを２０ＫｅＶ　。

２Ｘ１０”ａｍ’″２の条件でイオン注入を行−？ｊｕ
Ｍ、ｐ型の内部ベース領域１３をシリコン基板に形成す
る。

つづいて、前記開口部に形成した熱酸化膜１９を方向性
エツチングにより除去し、シリコン基板表面を露出させ
、エミッタ開口１４を形成する。その後、第三の導体膜
として多結晶シリコン膜１５を厚さ２０００人程度全面
に被着したのち、砒素を５０ＫｅＶ、　ｌＸ１（）”ａ
ｎ−”の条件でイオン注入し、前記開口部を覆うように
第三の導体膜である多結晶シリコン膜１５を写真蝕刻法
及びエツチング法にて形成する。

さらに所望の熱処理を施して、第三の導体膜であるポリ
シリコンに添加した砒素をシリコン基板に拡散して、ｎ
型のエミッタ領域１′６を形成すると同時に、最終的な
外部ベース領域１２と内部ベース領域１３とを形成する
（第１図（ｅ））。

その後、写真蝕刻法及びエツチング法を用いて第一の多
結晶シリコンにベースコンタクトを形成し、さらにアル
ミニウム電極配線を形成してバイポーラトランジスタを
形成する（図示せず）。

上記実施例では、内部ベース層の形成はシリコン窒化膜
７．およびシリコン酸化膜６をエツチング除去し、改め
て薄い熱酸化膜を形成した状態で行なったが、シリコン
窒化膜７を除去した後、或いはシリコン酸化膜６を除去
した後にイオイ注入して形成することもできる。

エミッタ耐圧改善等を目的として外部ベース層拡散領域
とエミッタ層拡散領域の大きさの関係を制御したい場合
、またエミッタ接合容量をより小さくするため或いはエ
ミッタ・クラウデイング効果をより小さくするためにエ
ミッタ拡散幅を小さくする場合には次のようにすればよ
い。すなわち、第２図に示すように内部ベース層１３を
形成した後、前記開口部の側壁に多結晶シリコン膜１７
を選択的に残置させて開口を狭める。この状態は、内部
ベース層１３を形成するイオン注入を行なった後、所定
厚みの多結晶シリコン膜を堆積し、これを反応性イオン
二′ツチングにより全面エツチングすることにより得ら
れる。これにより狭いエミッタ拡散用開口部が得られる
。また、開口部側壁に残置する材料に比誘電率の小さい
材料を選択することによりエミッタ・ベース間の寄生容
量を小さくできる。

また、上記実施例では、エミッタ層を第三の導体膜であ
る多結晶シリコン膜からの固相拡散により形成したが、
直接イオン注入により形成することもできる。その場合
、内部ベース層形成の際にイオン注入のバッファ層とし
て用いた２５０人程サイシリコン酸化膜をそのまま用い
て、この酸化膜を通してエミッタ層形成のイオン注入を
行なってもよいし、この酸化膜を除去してイオン注入を
行なってもよい。また、イオン注入の加速電圧を調整し
て、エミッタ形成用の第三の導体膜なる多結晶シリコン
膜を通してイオン注入を行なってもよい。

以上の実施例では、第一ないし第三の導体膜として全て
多結晶シリコン膜を用いた。これらは不純物の同相拡散
源として用いるのでなければ、他の材料を用いることが
できる。但し上記実施例の構造では、第１および第２の
導体膜は熱酸化により表面に熱酸化膜が形成できるもの
であることが必要で、例えばモリブデン・シリサイド、
タングステン・シリサイドなどの高融点金属シリサイド
が有用である。

その池水発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、外部ベース領域を形
成する為に耐酸化性絶縁膜をサイドエツチングしてオー
バーハング部を形成するとき、従来のような加熱りん酸
処理というきわめて制御性。

再現性の悪い工程によらず反応性プラズマエツチングと
いう容易かつ精密に制御することができる工程を用いる
ことが可能になった。従って接合耐圧や遮断周波数等の
諸特性に優れ、またこれらの特性のばらつきが少ない高
性能のバイポーラトランジスタが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）はこの発明にかかる一実施例のバ
イポーラトランジスタの製造工程を工程順に示すいずれ
も断面図、第２図は別の実施例のエミッタ領域の開口部
の形成工程を説明するための断面図、第３図（ａ）〜（
ｄ）は従来例のバイポーラトランジスタの製造工程を工
程順に示すいずれも断面図である。 １・・・ｐ型シリコン基板 ２・・・ｎ十型埋め込み層 ３・・・ｎ型エピタキシャル層（コレクタ層）４．５・
・・トレンチ領域、絶縁酸化膜（分離用シリコン酸化膜
） ６、・・・シリコン酸化膜（第１の絶縁膜）７・・・シ
リコン窒化膜（耐酸化性絶縁膜）８・・・ＣｖＤ・シリ
コン酸化膜（第２の絶縁膜）９・・・多結晶シリコン膜
（第１の導体膜）１９、２９・・・熱酸化膜（第三の絶
縁膜）１０・・・空洞（オーバーハング部） １１・・・多結晶シリコン膜（第二の導体膜）３１、４
１・・・シリコン酸化膜（熱酸化膜）１２、２２・・・
外部ベース領域 １３・・・内部ベース領域 １５・・・多結晶シリコン収（第三の導体膜）１６・・
・エミッタ領域 代理人　弁理士　　井　上　−男 （αλ ７：　　シリコン！４乙［’７：；’ｒ、’リンリコン
ル笑第　　１　　図　Ｃ’％ｑｌ） ／’／：（上面の）メ拵１７’ｌ笈イ乙ル勇　　２ｆ：
（＃’１山の２徊占釘６月旋第　　１　　図　　（モΦ
２） 第　　１　　図　　（子ｆ）３）　。 １７；　　多礁青晶シリコンル匙 ＠２図 稟　　３　　図　　（篭め１ン ｃ″ｆ、） ／１０：　　ｓｉｔ、月’１　　　　　　ｍ：　　オー
バーバンク°’４７ｓ第　　３　　図　　（キめ２ン ／／９　　　／／、！；　　　／／ｌｔ−第３図（ンΦ
ｊ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）素子分離領域によって分離された第一導電型のコ
   レクタ層を有する半導体基板上に第一の絶縁膜、耐酸化
   性絶縁膜、第二の絶縁膜、第一の導体膜を順次積層して
   被着する工程と、前記第一の導体膜に第二の導電型不純
   物原子を高濃度に添加しエミッタ領域形成予定域の前記
   第一の導体膜を第二の絶縁膜が露出するまで除去し開口
   部を形成する工程と、前記開口部の第二の絶縁膜を除去
   し前記耐酸化性絶縁膜を露出させる工程と、前記第一の
   導体膜の露出部を第三の絶縁膜に変える工程と、前記第
   三の絶縁膜をマスクに露出した前記耐酸化性絶縁膜を第
   一の絶縁膜が露出するまでエッチング除去したのちさら
   にベース領域形成予定域にオーバーエッチングして第一
   の導体膜とその下に残置している第二の絶縁膜の下方に
   空洞を形成する工程と、露出した第一の絶縁膜を半導体
   基板が露出するまでエッチング除去すると同時に前記空
   洞上部に露出した第二の絶縁膜を第一の導体膜が露出す
   るまでエッチング除去する工程と、前記空洞内にベース
   電極の一部となる第二の導体膜を選択的に埋め込む工程
   と、前記開口部に露出した半導体基板、および第二の導
   体膜の側壁部に熱酸化膜を形成すると同時に、前記第一
   の導体膜に予め添加された第二の導電型不純物原子を前
   記コレクタ層に拡散させ第二導電型の外部ベース層を形
   成する工程と、前記半導体基板の開口部における露出部
   に第二導電型の不純物原子を添加して第二導電型の内部
   ベース層を形成する工程と、前記内部ベース層が形成さ
   れた開口部に半導体基板を露出させここにエミッタ電極
   の一部となる第三の導体膜を被着する工程と、前記第三
   の導体膜を介して不純物原子を半導体基板に拡散させて
   第一導電型のエミッタ層を形成する工程を含む半導体装
   置の製造方法。
2. （２）耐酸化性絶縁膜のエッチング除去を、第一の絶縁
   膜および第二の絶縁膜をマスクにして反応性プラズマエ
   ッチングにより施すことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の半導体装置の製造方法。