JPH021935A - バイポーラ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】 ［概要］ 単結晶シリコン層と多結晶シリコン層とを同時に成長す
る技術を利用したベース引出し電極形バイポーラ半導体
装置の製造方法に関し、再拡散層を発生させずにベース
層を浅く形成し、しかも、ベース引出し電極の抵抗を低
下させることを目的とし、 −ｉ電型半導体基板面のベース形成領域を開口した第１
の絶縁膜上に５ＰＥＧ技術を利用してドープドシリコン
膜を成長し、異種導電型単結晶シリコン膜からなるベー
ス層を形成し、且つ、前記第１の絶縁膜上には第１の異
種導電型多結晶シリコン膜を形成する工程、次いで、形
成されたペース層上を選択的に第２の絶縁膜で被覆し、
その第２の絶縁膜を挟んで第１の異種導電型多結晶シリ
コン膜上に第２の異種導電型多結晶シリコン膜を積層す
る工程、 次いで、第２のドープド多結晶シリコン膜を開口し、開
口部を含む全面に第３の絶縁膜を形成し、その第２の絶
縁膜を窓開けしてエミッタ層形成領域を開口する工程、
次いで、エミッタ層形成領域の前記異種導電型単結晶シ
リコン層からなるベース層に一導電型エミフタ層を形成
する工程が含まれることを特徴とする。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に、単結晶シ
リコン層と多結晶シリコン層とを同時に成長するＳ　Ｐ
　Ｅ　Ｇ　（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｐｏ１ｙ−ａｎｄ　
Ｅｐｉｔａｘｉａｌ−ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｇｒｏｗｔｈ）
技術を用いたベース引出し電極形バイポーラ半導体装置
の製造方法に関する。

最近、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体装置は微細化して高速
化する方向に技術開発が進められており、バイポーラ半
導体装置においてもベース引出し電極形構造などが開発
されて、微細化、高密度化が図られている。しかし、そ
の製造方法は一層の性能向上のための検討が必要である
。

［従来の技術］ 第２図は通常のバイポーラ半導体装置の断面図を示して
おり、１はｐ型シリコン基板、２はｎ＋＋埋没層、３は
ｎ型コレクタ層、４はＳｉｇｈ　　（酸化シリコン）膜
からなるフィールド絶縁膜、５はｐ型ベース層、６はｎ
＋＋エミッタ層、７はコレクタコンタクト電極、８はベ
ース電極、９はエミッタ電極である。

また、第３図は従来のベース引出し電極形バイポーラ半
導体装置の構造断面図を示しており、本例は数種類ある
ベース引出し電極形バイポーラ半導体装置のうち、単結
晶シリコン層と多結晶シリコン層とを同時に成長する５
ＰＥＧ技術を用いたベース引出し電極形バイポーラ半導
体装置の構造断面図である。図中の１１はｐ型シリコン
基板、１２はｎ＋＋埋没層、１３はｎ型コレクタ層、１
４はｐ型ベース層、１５はドープド多結晶シリコン膜か
らなるベース引出し電極、１６はｎ＋＋エミッタ層、１
７はコレクタコンタクト電極、１８はベース電極、１９
はエミッタ電極、２０はその他の５ｉ０２膜である。

このような５ＰＥＧ技術を利用した製造方法による構造
は第２図に示す通常の構造に比べて浅いベース層を形成
して高速化する点で非常に有効なものである。

第４図（ａｌ〜（ｅｌはその５ＰＥＧ技術を用いたベー
ス引出し電極形バイポーラ半導体装置の従来の製造方法
の工程順断面図を示しており、その概要を順を追って説
明する。なお、本例はベース層を浅く形成すると共に、
ベース引出し電極を低抵抗化するための改善した製造方
法に関している。

第４図＋ａｌ参照；ｐ型シリコン基板ｌｌ上にｎ＋型型
埋面層１２介してｎ型コレクタ層１３をエピタキシャル
成長し、そのｎ型コレクタ層１３上に熱酸化して５ｉ０
２膜２１（膜厚３００ｎｍ）を生成し、更に、その上に
硼素（Ｂ）を含有させたＢドープド多結晶シリコン膜１
５′（膜厚３００ｎｍ、硼素濃度１０　　／ｃＩＩｌ）
を積層し、その後、リソグラフィ技術を用いて５ｉ０２
膜２１．Ｂドープド多結晶シリコン膜１５°のベース層
形成領域を開口する。なお、１２’はｎ十型コレクタコ
ンタクト領域で、この領域は５ｉ０２膜２１の生成直前
の工程で形成される。

第４図（ｂ）参照；次いで、水素雰囲気中で９３０°Ｃ
９１５分の熱処理をおこなって、開口したベース層形成
領域表面の自然酸化膜を除去し、引続いて、その開口を
含むＢドープド多結晶シリコン膜１５′の上に硼素を含
有させたドープドシリコン膜（膜厚５０〜１００　ｎｍ
、不純物濃度１０１ｇ／ｃＩ＋りを成長する。

そうすると、Ｂドープド多結晶シリコン膜１５１の上に
はドープド多結晶シリコン膜１５が成長し、開口部には
ドープド単結晶シリコン膜１４が成長する。

第４図（Ｃ）参照；次いで、ドープドシリコン膜をリソ
グラフィ技術を用いてパターンニングし、ｐ型ベース層
となるドープド単結晶シリコン膜１４およびベース引出
し電極となるドープド多結晶シリコン膜１５°＋１５部
分を残存させて、その他の部分のドープド多結晶シリコ
ン膜をエツチング除去し、更に、上面に化学気相成長（
ＣＶ　Ｄ）法によって５ｉ０２膜２２（膜厚３００ｎｍ
）を被着する。そうすると、ベース引出し電極となるド
ープド多結晶シリコン膜１５’＋１５は膜厚３５０〜４
００　ｎｍ程度と厚くなって、その抵抗を低下させるこ
とができる。

第４図（ｄ）参照；次いで、５ｉ０２膜２２のエミッタ
形成領域およびコレクタコンタクト形成領域を開口して
、ＣＶＤ法によって多結晶シリコン膜を被着し、その多
結晶シリコン膜に砒素（Ａｓ）イオンを注入してＡｓド
ープド多多結晶シリコ成膜２３し、これをパターンニン
グして開口部のエミッタ形成領域およびコレクタコンタ
クト電極形成領域にのみへＳドープド多結晶シリコン膜
２３を残存させ、更に、温度８５０°Ｃで熱処理してｎ
＋型エミフタ層１６を画定する。なお、このエミッタ層
の形成にはｈ　などの特性をチエツクしながら熱処理す
る方法が採られる。

第４図ｔｅｌ参照：次いで、ＣＶＤ法によってＰＳＧ（
燐珪酸ガラス膜）、５ｉ０２膜などの絶縁膜２４を被着
し、これを開口してへＳドープド多結晶シリコン膜２３
の上にエミッタ電極１９．コレクタコンタクト電極１７
を形成し、且つ、ベース引出し電極１５の上にベース電
極１８を形成して完成する。

以上が５ＰＥＧ技術を適用し、しかも、ベース抵抗を低
下させるためベース引出し電極を１７＜シたベース引出
し電極形バイポーラ半導体装置の形成方法の概要である
。

し発明が解決しようとする課題］ ところで、上記の形成方法では、高速動作させるために
膜厚５０〜１００　ｎｍ程度の薄いベース層を成長し、
且つ、ベース引出し電極となるドープド多結晶シリコン
膜を厚くし、その不純物濃度を高くして、その抵抗を低
下させているが、第４図（ｂｌに説明した工程において
、開口したペース層形成領域面の自然酸化膜を除去する
処理のために、水素雰囲気中で９３０℃、１５分の熱処
理をおこなえば、その加熱によって高濃度に硼素を含有
させたＢドープド多結晶シリコン膜１５’から硼素が放
出され、続いて、硼素を含有させたドープドシリコン膜
（膜厚５０〜１００　ｎｍ）を成長して、ベース層１４
およびドープド多結晶シリコン膜１５を形成すると、ベ
ース層形成領域面のコレクタ層１３に再拡散層が発生し
、甚だしい場合には、その膜厚が４００ｎｍにも達する
。第５図（ａｌはその従来の問題点を示す図で、同図は
ベース層部分のみ拡大して図示しているが、図中の１４
′が再拡散層である。そうなれば、浅いベース層を形成
すると云うベース引出し電極形構造の本来の高速化の目
的が損なわれる問題が起こる。

一方、このような問題点を低減させるために、第５図（
ｂ）に示すように、前記第４図ｆａ）に説明した工程に
おいて、Ｂドープド多結晶シリコン膜１５“の上に絶縁
膜２５を被覆し、リソグラフィ技術を用いて絶縁膜２５
．Ｂドープド多結晶シリコン膜１５“絶縁膜２５からな
る３層膜にベース層形成領域を開口した後、ドープドシ
リコン膜を成長して、ベース層１４およびドープド多結
晶シリコン膜１５を形成する方法が考えられる。しかし
、この方法は段差が大きくなる欠点があり、また、Ｂド
ープド多結晶シリコン膜１５′の側面からの再拡散は防
止できない。

従って、本発明はこのような問題点を解消させて、再拡
散層を発生させずにベース層を浅く形成し、しかも、ベ
ース引出し電極の抵抗を低下させることを目的とした半
導体装置の製造方法を提案するものである。

［課題を解決するための手段］ その課題は、−導電型半導体基板上に第１の絶縁膜を形
成し、該第１の絶縁膜を選択的に除去してベース層形成
領域を開口する工程、次いで、前記ベース層形成領域を
含む全面に異種導電型シリコン膜を成長して、前記ベー
ス層形成領域には異種導電型単結晶シリコン膜からなる
ベース層を形成し、且つ、前記第１の絶縁膜上には第１
の異種導電型多結晶シリコン膜を形成する工程、次いで
、前記ベース層上に選択的に第２の絶縁膜を被覆し、該
第２の絶縁膜および前記第１の異種導電型多結晶シリコ
ン膜上に第２の異種導電型多結晶シリコン膜を積層して
、前記第１の異種導電型多結晶シリコン膜と第２の異種
導電型多結晶シリコン膜とからなるベース引出し電極膜
を形成する工程、 次いで、前記第２の絶縁膜上の第２の異種導電型多結晶
シリコン膜を開口し、該開口部を含む全面に第３の絶縁
膜を形成し、更に、前記第２の絶縁膜を窓開けしてエミ
ッタ層形成領域を開口する工程、次いで、エミッタ層形
成領域の前記異種導電型単結晶シリコン層からなるベー
ス層に一導電型エミッタ層を形成する工程が含まれる製
造方法によって解決される。

［作用］ 即ち、本発明は、最初に、ベース形成領域を開口した絶
縁膜（第１の絶縁膜）上に５ＰＥＧ技術を利用してドー
プドシリコン膜（膜厚５０〜１００　ｎｍ）を成長し、
ベース層と第１のドープド多結晶シリコンを形成する。

次に、形成されたベース層上を第２の絶縁膜で被覆し、
その第２の絶縁膜を挟んで第１のドープド多結晶シリコ
ン膜上に第２のドープド多結晶シリコン膜を積層する。

その後に、第２のドープド多結晶シリコン膜、第２の絶
縁膜を開口して、ベース層にエミッタ層を形成する。

そうすれば、高濃度に不純物を含有した多結晶シリコン
膜（第２のドープド多結晶シリコン膜）からの再拡散（
ｏｕｔ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が防止できて、ベース層
を薄（形成でき、且つ、ベース引出し電極の膜厚も厚く
なってその抵抗が低下し、その結果、動作を高速化する
ことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図ｆａ）〜（ｇｌは本発明にかかる製造方法の工程
順断面図を示しており、順を追って説明する。

第１図（ａｌ参照；従来と同様に、ｐ型シリコン基板１
１上にｎ＋型型埋面層１２介してｎ型コレクタ層１３（
比抵抗ｌΩｃｍ程度）をエピタキシャル成長し、そのｎ
型コレクタ層１３面を熱酸化して５ｉ０２膜２１（膜厚
３００ｎｍ　；第１の絶縁膜）を生成する。熱酸化はウ
ェット酸素中において１０００℃に加熱して行う方法を
用いる。次いで、その５ｉ０２膜２工をリソグラフィ技
術を用いてパターンニングし、ベース層形成領域を開口
する。このベース層形成領域の開口には弗素系ガスを用
いて５ｉ０２膜をエツチングするりアクティブイオンエ
ツチング法を用いる。

なお、１２１はｎ＋＋コレクタコンタクト領域である。

第１図（ｂｌ参照；次いで、開口したベース層形成領域
を含む５ｉ０２膜２１の上にドープドシリコン膜（膜厚
５０〜１００　ｎｍ、不純物濃度１０　’シー）を成長
する。そうすると、５ｉ０２膜２１上にはベース引出し
電極となるドープド多結晶シリコン膜１５（第１の異種
導電型多結晶シリコン膜）が成長し、開口部にはベース
層となるドープド単結晶シリコン膜１４が成長する。こ
のエピタキシャル成長法は、例えば、ジボラン（Ｂ２　
Ｈ６）を含ませたジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を光分解させ
る低温度分解法（基板加熱温度５４０〜６００℃）を用
いるが、これは光分解法が再拡散が少なく、ベース層を
浅くできるからである。

第１図（Ｃ１参照；次いで、その上面にＳｉ３Ｎ４　（
窒化シリコン）膜３１（膜厚３００ｎｍ程度；第２の絶
縁膜）をＣＶＤ法で被着し、これをエッチハックして凹
部のベース層１４上のみにＳｉ３Ｎ４膜３１を残存させ
る。このエッチバックとは、Ｓｉ３Ｎ４膜上にレジスト
膜を塗布して表面を平坦化し、これをＳｉ３　Ｎ４膜と
レジスト膜とのエツチング比に差のない反応ガス（例え
ば、ＣＦ４ガス）を用いて平坦に一様にエツチングする
方法である。

第１図（ｄ）参照；次いで、減圧ＣＶＤ法にてモノシラ
ン（ＳｉＨ４）を反応ガスとして約６００°Ｃで分解さ
せて多結晶シリコン膜（膜厚３００ｎｍ）を堆積し、そ
の多結晶シリコン膜に硼素イオンを注入して濃度１０２
１／ｃｎ程度のＢドープド多結晶シリコン膜１５“　（
第２の異種導電型多結晶シリコン膜）を形成する。イオ
ン注入条件はドーズＭ１．５ＸＩＯ’／ｃｔ加速エネル
ギー５０　Ｋｅν程度である。なお、Ｂドープド多結晶
シリコン膜１５“はイオン注入の代わりに、最初からＢ
ドープド多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法によって被着
させても良い。

第１図（Ｑ）参照；次いで、Ｂドープド多結晶シリコン
膜１５゛をリソグラフィ技術を用いてパターンニングし
て、エミッタ形成領域を開口し、且つ、ベース引出し電
極となるドープド多結晶シリコン膜１５’＋１５部分を
残存させて、その他の部分のドープド多結晶シリコン膜
１５’、１５を一部エッチングし、次に、エミッタ形成
領域の開口部を含むＢドープド多結晶シリコン膜１５°
およびドープド多結晶シリコン膜１５０表面を温度８０
０°Ｃで高圧酸化して５ｉ０２膜２２（膜厚３００ｎｍ
　；第３の絶縁膜）を生成する。そうすると、ベース引
出し電極以外の部分に残存したＢドープド多結晶シリコ
ン膜は全部５ｉ０２膜２２に変成し、エミッタ形成領域
の開口部周縁も５ｉ０２膜２２が生成される。なお、温
度８００℃では再拡散は殆ど起こらず、また、この５ｉ
０２膜２２の生成によって微細なエミッタ形成領域の開
口広さを自己整合的に形成することができる。

第１図（ｆｌ参照；次いで、エミッタ形成領域の露出し
たＳｉ３　Ｎ４膜３１を除去してベース層１４を開口し
、次に従来と同様の方法で、ＣＶＤ法によって多結晶シ
リコン膜を被着し、その多結晶シリコン膜に砒素（Ａｓ
）　イオンを注入してＡｓドープド多多結晶シリコ成膜
２３し、これをパターンニングして開口部のエミッタ形
成領域およびコレクタコンタクト電極形成領域にのみＡ
ｓドープド多多結晶シリコ成膜２３残存させ、更に、温
度８５０°Ｃで熱処理してｎ１型工ミツタ層１６を画定
する。なお、前記の硼素イオンを注入したＢドープド多
結晶シリコン膜１５゛はこのエミッタ層の活性化熱処理
によって同時に活性化される。

第１図ｔｇ＋参照；次いで、ＣＶＤ法によって絶縁膜２
４を被着し、これを開口してＡｓドープド多多結晶シリ
コ成膜２３上にエミッタ電Ｆｍ　１９　、　　コレクタ
コンタクト電極１７を形成し、ベース引出し電極１５の
上にベース電極１８を形成して完成する。

上記が本発明にかかる製造方法である。このような製造
方法によれば、高濃度に不純物を含有させたＢドープド
多結晶シリコン膜１５′（第２の異種導電型多結晶シリ
コン膜）からの再拡散が防止でき、また、エッチバンク
法によって平坦化されるため微細加工に適しており、且
つ、ドープドシリコン膜の膜厚制御によってベース層を
薄く形成でき、更に、ベース引出し電極の膜厚を厚く、
しかも、高濃度に形成できて、その抵抗を低下させるこ
とができる。従って、本製造方法は周波数特性を改善し
て、高速動作させることができる。

［発明の効果］ 以上の実施例の説明から明らかなように、本発明にかか
る製造方法によれば、ベース引出し電極形半導体装置の
ベース抵抗を低下させ、周波数特性を改善して高速動作
させることができ、その性能向上に大きく役立つもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜ｆｇ＋は本発明にかかる製造方法の工程
順断面図、 第２図は通常のバイポーラ半導体装置の断面図、第３図
はベース引出し電極形半導体装置の断面図、第４図（ａ
）〜（ｅ）は従来の製造方法の工程順断面図、第５図ｆ
ａｔ、　ｆｂ）は従来の問題点を示す図である。 図において、 １１はｐ型シリコン基板、 １２はｎ＋型埋没層、 １３はｎ型コレクタ層、 １４はｐ型ベース層、 １５はドープド多結晶シリコン膜からなるベース引出し
電極（第１の異種導電型多結晶シリコン膜）、 １５゛はＢドープド多結晶シリコン膜からなるベース引
出し電極（第２の異種導電型多結晶シリコン膜）、 ｌ６はｎ＋型エミッタ層、 １７はコレクタコンタクトｍＡ、 １８はベース電極、 １９はエミッタ電極、 ２１は５ｉ０２膜（第１の絶縁膜）、 ２２は５ｉ０２膜（第３の絶縁膜）、 ２３はＡｓドープド多結晶シリコン膜、２４は絶縁膜、 ３１はＳｉ３Ｎ４膜（第２の絶縁膜） を示している。 矛畜呵ｌ；か四裂渣方亮の工零￥硬所旬国第１図（乏め
２） ４号で明ｌ：かかｐ区之方）五め工社禮メ什勾ｍ第１図
（Ｊｔ？ｌ） ゑ宇。パ・イ４広・−ラ＋１７下４２１！１１狛ｍ第２
図 べ°−スヲＩ±４．詞Ｃ角バイ不・−フ半ａ　颯ｔ　／
１〜図第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一導電型半導体基板上に第１の絶縁膜を形成し、該第１
   の絶縁膜を選択的に除去してベース層形成領域を開口す
   る工程、 次いで、前記ベース層形成領域を含む全面に異種導電型
   シリコン膜を成長して、前記ベース層形成領域には異種
   導電型単結晶シリコン膜からなるベース層を形成し、且
   つ、前記第１の絶縁膜上には第１の異種導電型多結晶シ
   リコン膜を形成する工程、 次いで、前記ベース層上に選択的に第２の絶縁膜を被覆
   し、該第２の絶縁膜および前記第１の異種導電型多結晶
   シリコン膜上に第２の異種導電型多結晶シリコン膜を積
   層して、前記第１の異種導電型多結晶シリコン膜と第２
   の異種導電型多結晶シリコン膜とからなるベース引出し
   電極膜を形成する工程、 次いで、前記第２の絶縁膜上の第２の異種導電型多結晶
   シリコン膜を開口し、該開口部を含む全面に第３の絶縁
   膜を形成し、更に、前記第２の絶縁膜を窓開けしてエミ
   ッタ層形成領域を開口する工程、 次いで、エミッタ層形成領域の前記異種導電型単結晶シ
   リコン層からなるベース層に一導電型エミッタ層を形成
   する工程が含まれてなることを特徴とするバイポーラ半
   導体装置の製造方法。