JPH0242732A - バイポーラトランジスタおよびその製造方法 - 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〕 微細なベースおよびエミッタを有するバイポーラトラン
ジスタもしくはその集積回路に関し微細かつ所定不純物
濃度のエミッタを有するバイポーラトランジスタを再現
性よ（形成可能とすることを目的とし。

半導体基板に形成されたベース領域と、該半導体基板上
に形成され、該ベース領域内の所定領域に対応する開口
を有する絶縁層と、該開口内に露出する該半導体基板上
に所定濃度の不純物を含んでエピタキシャル成長した半
導体層から成るエミッタを備えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、微細なベースおよびエミッタを有するバイポ
ーラトランジスタもしくはその集積回路に係り、とくに
、そのエミッタの構造および形成方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の高速化にともない、トランジスタ等の素子
の微細化が進められている。例えば、バイポーラトラン
ジスタの高速化においては、キャリヤの走行時間および
ベース−コレクタ間の接合容量の低減による高速化が図
られる。このためにベース層を薄くする。いわゆるシャ
ローベース化とともに、ベースおよびエミッタ領域の面
積の縮小化が要求される。

上記のようなシャローベース化とともに、ベース層に直
接に所定濃度の不純物を熱拡散あるいはイオン注入して
エミッタを形成することが困難となる。これを解決する
方法として、エミッタ形成領域に多結晶シリコン層を形
成し１　この多結晶シリコン層の所定深さに不純物をイ
オン注入したのち、この不純物を熱拡散によりエミッタ
領域に注入する方法が採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図（ａ）および（ｂｌは上記の方法を説明するため
の要部断面図である。第３図（ａ）を参照して１例えば
シリコン基板１の所定位置にｐ型の薄いベース領域２が
形成されている。シリコン基板１上には。

ベース領域２に対応する開口を有する眉間絶縁層３が形
成されており１層間絶縁層３上には多結晶シリコンから
成り、前記開口を通じてベース領域２に接続されたベー
ス引出し電極４が形成されている。さらに、ベース引出
し電極４を覆う第２の層間絶縁層５が形成されており９
層間絶縁層５にはエミッタ領域６に対応する開口が設け
られている。そして、この開口を通じてベース領域２に
接続された。多結晶シリコンから成るエミ・ツタ電極７
が設けられている。

エミッタ領域６は、エミッタ電極７に所定深さにイオン
注入された９例えば砒素イオン（Ａｓ”　）を熱拡散に
よりシリコン基板１に注入して形成される。エミッタ領
域６の深さおよび不純物濃度は。

上記イオン注入条件および熱拡散のための熱処理条件に
より再現性よく制御できるため、高速バイポーラトラン
ジスタの製造に適している。

ところが、第３図（ｂ）のようにエミッタ領域の面積が
縮小して（ると、前記開口の側壁部の多結晶シリコン層
どうしが接触し、開口内が多結晶シリコンで埋まってし
まう。このような状態の多結晶シリコンに第３図（ａ）
と同じ条件でイオン注入された不純物を、シリコン基板
１に熱拡散させようとすると、第３図（ａｌのエミッタ
領域における拡散が過剰になる。すなわち、エミツタ層
６の厚さが過大となり、所定厚さのベース層２が形成で
きない。

一方、第３図（ａ）のエミッタ領域に適した熱処理条件
では、第３図（ｂ）における拡散が不充分で、エミツタ
層６の不純物濃度および厚さが不足となり。

かつ、ベース領域２が所定厚さ以上となってしまうとい
う問題があった。

エミッタ電極７を構成する多結晶シリコン層を形成する
際に所定の不純物をドープしておき、これを熱拡散させ
る方法があるが、不純物をドープされた多結晶シリコン
層は、不純物濃度分布１層厚等の制御が困難であり再現
性も充分でないために、微細なバイポーラトランジスタ
のエミツタ層の形成には用いられない。

本発明は、バイポーラトランジスタの面積によらず所定
の不純物濃度および厚さのエミツタ層を形成可能とし、
その結果、ベース層の厚さも所定値に制御可能とするこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、半導体基板に形成されたベース領域と。

該半導体基板上に形成され、該ベース領域内の所定領域
に対応する開口を有する絶８ｉ層と、該開口内に露出す
る該半導体基板上に所定濃度の不純物を含んでエピタキ
シャル成長した半導体層から成るエミッタを備えたこと
を特徴とする本発明に係るバイポーラトランジスタ、お
よび、ベース領域が形成された半導体基板上の全面に絶
縁層を形成する工程と、該ベース領域内の所定領域に対
応する開口を該絶縁層に形成する工程と、該開口内に露
出する該半導体基板上に減圧気相成長法を用いて所定濃
度の不純物を含有しエミッタを構成するための半導体層
を選択的にエピタキシャル成長させる工程を含むことを
特徴とする本発明に係るバイポーラトランジスタの製造
方法とによって達成される。

〔作　用〕

シリコン基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層にエミッ
タ領域に対応する開口を設け、この開口内に表出するシ
リコン基板上に所定濃度の不純物をドープされたシリコ
ン層を選択的にエピタキシャル成長させ、このエピタキ
シャル成長層を゛エミッタとして用いる。このように、
エミツタ層はベース層とは別個に成長したエピタキシャ
ル層から構成され、ベース層厚の制御因子はエミツタ層
の形成条件と分離される。その結果、ベース層が。

エミッタ領域の面積によらず、一定層厚を維持すること
が可能となる。また１本発明のエミッタ構造によれば、
エミツタ層と周囲の絶縁層上面との段差が小さくなり、
エミッタ電極のカバレッジが改善される。このことは、
エミッタが微細化した場合に有利である。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

以下の図面において、既掲の図面におけるのと同じ部分
には同一符号を付しである。

第１図（ａ）および（ｂｌは本発明に係るバイポーラト
ランジスタにおけるエミッタ部分の構造を示す要部断面
図であって、シリコン基板１の所定位置に。

例えばｐ型不純物を所定深さに注入してベース領域２が
形成されている。ベース領域２の深さ、すなわち、ベー
ス層厚は、第１図（ａｌおよび（ｂｌともに同じであっ
てもよい。

第３図に示した従来の構造と同様に、シリコン基板ｌに
は２例えばＳｉＯ＋から成る層間絶縁Ｎ３が形成されて
おり、ベース領域２に対応する開口が設けられている。

この開口を通じてベース領域２に接続されたベース引出
し電極４が形成されている。そして、ベース引出し電極
４を覆う第２の層間絶縁層５が形成されており１層間絶
縁層５にはエミッタ領域に対応する開口が設けられてい
る。

本発明においては、上記エミッタ領域に対応する開口内
に表出するシリコン基板１上に１例えばｎ型不純物がド
ープされたエピタキシャルシリコン層８が形成されてい
る。ｎ型のエピタキシャルシリコン層８はｐ型のベース
領域２とｐｎ接合を形成し、エミッタを構成する。そし
て、エピタキシャルシリコン層８に接続された９例えば
アルミニウム薄膜から成る配線９が形成されている。な
お、第３図に示した従来の構造においても２図示しない
配線が形成されることは同様である。なお。

第１図（ａ）および（ｂ）における上記エピタキシャル
シリコン層８の厚さは実質的に同じである。

本発明においては、エミツタ層はベース層２とは別個の
エピタキシャルシリコン層８から構成されており、従来
のようにエミッタを形成するための不純物拡散によるベ
ース層厚の変動を考慮する必要がない。すなわち、ベー
ス層厚はベース不純物の注入条件および活性化のための
熱処理条件によって制御可能であり、エミッタ面積に無
関係に再現性よく所定値に維持されることになる。また
。

エミツタ層の不純物濃度は、エピタキシャルシリコン層
８の成長時におけるドーピング条件により。

エミッタ面積によらず、所定値に制御できる。さらに、
エピタキシャルシリコン層８と層間絶縁層５の上面との
段差は、エピタキシャルシリコン層８の厚さ分だけ小さ
くなり、微細面積のエミッタに接続される配線９のカバ
レンジが改善され、接触不良、断線等の障害が低減され
る。

第２図は本発明に係る製造工程の実施例を示す要部断面
図である。

第２図（ａ）を参照して９例えばｎ型のシリコン基板ｌ
に９例えば周知のＣＶＤ　（化学気相堆積）法を用いて
ＳｉＯ□から成る厚さ３０００人程度０層間絶縁層３を
形成し、これを選択エツチングし、ベース領域２に対応
する開口３１および３２を設ける。開口３１および３２
の形状と寸法は、それぞれのベース領域２に形成される
トランジスタに応じて決められる。

そして１層間絶縁層３をマスクとして、開口３１および
３２内に表出するシリコン基板ｌに１例えば硼素イオン
（Ｂ゛）をイオン注入する。

次いで、シリコン基板１全面に２例えばＣＶＤ法を用い
て厚さ３０００人程度０多結晶シリコン層４′を堆積す
る。開口３１および３２の周囲の層間絶縁層３から成る
側壁にもほぼ同じ厚さの多結晶シリコン層が形成される
。この多結晶シリコン層４′に対し、導電性を高めるた
めの１例えばＢ゛イオン注入する。そして５周知のりソ
ゲラフ技術を用いて、第２図（ｂ）に示すように、開口
３１および３２内の前記多結晶シリコン層４′を選択エ
ツチングし。

ベース領域２の一部を表出させる。そののち、シリコン
基板１を水素（Ｈ２）ガス雰囲気中で、前記イオン注入
された硼素不純物を活性化するための熱処理を行う。こ
のようにして、ｐ型のベース層２および多結晶シリコン
層４′から成るペース引出し電極が形成される。開口３
１および３２のそれぞれにおけるベース層２の厚さは、
実質的に同じとなる。

次いで、シリコン基板１全面に周知のＣＶＤ技術を用い
て、第２図（Ｃ）に示すように１例えば５ｉＯｚから成
る厚３０００人程度の眉間絶縁Ｎ５を形成する。

開口３１および３２の周囲の側壁部にも同じ厚さの層間
絶縁層５が形成される。そして１周知のリソグラフ技術
を用いて、開口３１および３２内の層間絶縁層５を選択
エツチングし、ベース領域２の一部を表出させる。この
表出面は、開口３１および３２にそれぞれ形成されるバ
イポーラトランジスタのエミッタ面積に等しいように決
められる。

上記ののち、開口３１および３２内に表出するシリコン
基板１上にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させ
る。開口３１および３２周囲の眉間絶縁層５上にはシリ
コンを成長させず１表出シリコン基板１面上にのみシリ
コン層を選択的にエピタキシャル成長させる方法の例が
１本発明者他によりすでに開示されている。（特開昭６
２−１５９４２１　、昭和６２年０７月１５日イ寸） 要約すれば、第２図（Ｃ）に示す構造のシリコン基板１
を、シリコン原料ガスとして５ｉｄ１６（ジシラン）を
用い、減圧下で碍気相成長させるものであって、成長温
度が９００℃以上になると、シリコン基板１上にのみ選
択成長し、　Ｓｉｎｇ等から成る絶縁層５には単結晶シ
リコンも多結晶シリコンも生成しない。上記選択的エピ
タキシャル成長条件の例は次の通りである。

原料ガス：　　　　Ｓｉ２Ｈ６，流量：　　３ＳＣＣＭ
キャリヤガス：Ｈ２，流量：　　ＩＯｓｃｃＭドーピン
グガス：　１０ｐｐｍＰ［１，”　＋　Ｉｆ。

流量：　１１００５ＣＣ 全　圧：　３　Ｔｏｒｒ、　　　成長温度＝９５０℃注
）“ホスフィン 上記の条件の下で、第２図（ｄ）に示すように、開口３
１および３２内に厚さ２０００人程度０ｎ型のエピタキ
シャルシリコン層８を成長させる。エピタキシャルシリ
コン層８中の燐（Ｐ）？Ｍ度は１ｘｌＯ”原子／ｄとす
る。これにより、エピタキシャルシリコンそう８は８ｘ
ｌＯ−’Ω・ｃｍの比抵抗を有する。このｎ型エピタキ
シャル９９３７層８はｐ型ベース層２と接合を形成し、
エミッタとして用いることができる。

そののち、シリコン基板１全面にアルミニウム（Ａｔ）
薄膜を堆積し、これを所定形状にパターンニングし、そ
れぞれの開口部３１および３２に、第１図に示すような
配線９を形成する。このようにして。

ｎ型シリコン基板１をコレクタとし、ｎ型エピタキシャ
ル９９３７層８をエミッタとするバイポーラトランジス
タが形成される。

本発明によれば、高濃度にドープした選択エピタキシャ
ルシリコン層８をエミッタとして用いるので、第３図に
示した従来の構造の場合のようなエミッタ電極７にエミ
ッタ不純物をイオン注入し。

これをベース層２に拡散させる必要がなく、その結果、
エミッタ層厚、したがって、ベース層厚がエミッタ面積
により変動することがない。またエピタキシャルシリコ
ン層８は開口３１および３２内にセルファラインで形成
されるため、上記従来の構造におけるエミッタ電極７を
形成するための多結晶シリコン層のパターンニングに相
当する工程が省略される利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、異なる面積のエミッタを有するバイポ
ーラトランジスタを、共通の工程で同一の基板上に形成
可能となり、バイポーラトランジスタを用いる半導体装
置の構造および製造工程上の自由度を大きくする効果が
ある。また、微小面積のエミッタに対する金属配線層の
カバレッジが改善され、装置の信鯨性を向上する効果が
ある。

さらに、エミッタ形成に関する工程を簡略化可能とする
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明に係るバイポーラト
ランジスタにおけるエミッタ部分の構造を示す要部断面
図。 第２図は本発明に係る製造方法の工程の実施例を示す要
部断面図。 第３図（ａ）および（ｂｌは従来のバイポーラトランジ
スタの構造を示す要部断面図 である。 図において。 １はシリコン基板。 ２はベース領域。 ３は層間絶縁層。 ４はベース引出し電極。 ４′は多結晶シリコン層。 ５は眉間絶縁層。 ６はエミッタ領域。 ７はエミッタ電極。 ８はエピタキシャルシリコン層。 ９は配線。 ３１と３２は開口 である。 、２ト、イを８月にイ釆る！をゴ１．玉ｉデーレラ′ン
圭ｎり？防そ−１ｆクリめＬ９第　２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に形成されたベース領域と、該半導体
   基板上に形成され、該ベース領域内の所定領域に対応す
   る開口を有する絶縁層と、該開口内に露出する該半導体
   基板上に所定濃度の不純物を含んでエピタキシャル成長
   した半導体層から成るエミッタ を備えたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
2. （２）ベース領域が形成された半導体基板上の全面に絶
   縁層を形成する工程と、 該ベース領域内の所定領域に対応する開口を該絶縁層に
   形成する工程と、 該開口内に露出する該半導体基板上に減圧気相成長法を
   用いて所定濃度の不純物を含有しエミッタを構成するた
   めの半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる工程 を含むことを特徴とするバイポーラトランジスタの製造
   方法。