JPH04296027A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04296027A
JPH04296027A JP4004953A JP495392A JPH04296027A JP H04296027 A JPH04296027 A JP H04296027A JP 4004953 A JP4004953 A JP 4004953A JP 495392 A JP495392 A JP 495392A JP H04296027 A JPH04296027 A JP H04296027A
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Henricus G R Maas
ヘンリカス ホデフリダス ラファエル マース
Armand Pruijmboom
アルマンド プルエイムブーム
Peter H Kranen
ペテル ヘンリカス クラネン
Rooij-Mulder Johanna M L Van
ヨハネス マリア ランベルティナ ファン ルー エイ−ムルデル
Iersel-Schiffmacher Marguerite Maria C Van
マルフエリテ マリア カサリナ ファン イエルセル−スヒフマヒエル
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体本体の表面上に
第1層の層部分を形成し、このアセンブリの全体上に、
スペーサを形成する第2層を被覆し、前記の層部分上よ
りもこの層部分に隣接する個所の方が厚肉となっている
マスク層を用いて、前記の層部分と形成すべきスペーサ
との上に位置する第2層の一部分、少なくともその頂部
層においてエッチング抵抗を高める処理を行ない、この
処理を行なわなかった第2層の部分をこの処理を行なっ
た部分に対して選択的に腐食除去してスペーサを形成す
る半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】スペーサを前記の層部分の縁部に沿って
自己位置決め方法で形成するこのような方法は特願昭6
1−129832号明細書から既知である。この既知の
方法によれば、マスク層を設けた後、全表面に亘ってイ
オン注入を行なっている。この目的の為に、イオンが前
記の層部分上のマスク層を貫通し且つ頂部層に浸入し、
一方この層部分に隣接し、より厚肉になっているマスク
層にイオンが留まるようなエネルギーが用いられている
。次に、トリフルオロメタン中で、頂部層のドーピング
されていない部分をドーピングされた部分に対して選択
的に腐食除去し、エッチングマスクを形成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した既知
の方法には、満足な結果を得る為にはマスク用のホトレ
ジスト層を前記の層部分の全体上でほぼ均一の厚さとす
る必要があるが、実際にはしばしばこのようにならない
という欠点がある。その理由は多くの場合、ホトレジス
ト層は前記の層部分の中心から縁部に向かって除々に薄
肉となる為である。更に、ホトレジスト層の正確な厚さ
変化は種々の要因、特に装置の形状に依存し、従って良
好に調整しえない。頂部層に所望のエッチング抵抗を与
える為に前記の層部分上のあらゆる個所で、特に形成す
べきスペーサの領域ではイオン注入が主として頂部層で
終了するようにイオン注入を行なうことは、上述したよ
うな厚さの変化の結果として実際にしばしば不可能とな
る。
【0004】本発明の目的は特に、良好に調整可能で再
現性のある前述した種類の方法を提供せんとするにある
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体本体の
表面上に第1層の層部分を形成し、このアセンブリの全
体上に、スペーサを形成する第2層を被覆し、前記の層
部分上よりもこの層部分に隣接する個所の方が厚肉とな
っているマスク層を用いて、前記の層部分と形成すべき
スペーサとの上に位置する第2層の一部分、少なくとも
その頂部層においてエッチング抵抗を高める処理を行な
い、この処理を行なわなかった第2層の部分をこの処理
を行なった部分に対して選択的に腐食除去してスペーサ
を形成する半導体装置の製造方法において、前記の処理
を行なう前に、前記の層部分と形成すべきスペーサとの
上に位置する第2層の部分の領域におけるマスク層が少
なくとも殆ど完全に消滅するまでマスク層を少なくとも
殆どその全表面に亘って腐食除去するも、前記の領域に
隣接する領域ではマスク層の下側の第2層の部分が前記
の処理に対して保護されるのに充分厚肉にマスク層を残
存させることを特徴とする。
【0006】本発明によれば、エッチング抵抗を高める
処理を前記の層部分上の頂部層が露出されるまで行なわ
ない為、エッチングマスクの形成に悪影響を及ぼすマス
ク層の厚さの変化を本来的に生じることがなくなる。従
って、本発明による方法は既知の方法よりも可成り臨界
的でなくなる。
【0007】本発明の方法の特定例では、前記の層部分
及び第2層は、第2層が実際上その垂直部分で前記の層
部分の縁部に隣接するように設け、前記のマスク層はそ
の表面が第2層の垂直部分の位置レベルとなるまで腐食
除去する。このようにすると、後に図面につき詳細に説
明するように、マスク層の腐食除去の変動がスペーサの
幅に影響を及ぼすということがなくなる。従って、スペ
ーサの位置のみならず幅も自己位置決め法で正確に決定
することもできる。
【0008】第2層として1つの層を用いる場合には、
その材料は形成すべきスペーサに対して適したものとす
る必要があるもこの材料のエッチング抵抗を適切に増大
させる必要もある。このようにすると第2層に対する材
料選択が制限される。この選択の自由度を高める為には
、第2層を形成するのにまず最初に第1材料の基部層を
、次にこの第1材料とは異なる第2材料の頂部層を設け
る。この場合、頂部層としてエッチング抵抗を高めうる
材料を用い、基部層の材料としてはスペーサを形成する
のに最適なものを用いることができる。
【0009】
【実施例】図面は線図的なもので、実際のものに正比例
して描いていない。図面中の対応する部分にはできるだ
け同じ符号を付してあり、同じ導電型の半導体領域には
同じ方向の斜線を付してある。
【0010】第1実施例(図1参照)では、出発点を、
珪素のp型基板1上にエピタキシアル成長されたn型珪
素層2を有する半導体本体とする。基板1の表面には局
部的に予め比較的多量にn型のドーピングをしており、
従ってエピタキシアル成長中基板と珪素層2との間の界
面に、比較的多量にドーピングされたn型埋め込み層3
が形成されている。次に、通常のようにして局部酸化に
よりフィールド酸化物領域4を設け、珪素層2に局部的
に多量にn型のドーピングを行なってコレクタ接点領域
5を形成し、図1の構造を得る。フィールド酸化物領域
4は後の行程でトランジスタが形成される珪素層の活性
領域2Aを囲んでいる。
【0011】次に、酸化珪素層6及び多結晶珪素層7を
気相堆積(CVD)により順次に設ける(図2参照)。 この場合、珪素層7にイオン注入によりp型ドーピング
を行なう。所望に応じこの珪素層にはその形成中ではな
く形成後にドーピングを行なうこともできる。
【0012】珪素層7上にはホトレジスト層を設け、こ
のホトレジスト層から露光及び現像により通常のように
してエッチングマスク8を形成する。このマスク8によ
り層7からベース接続部を形成し、その後酸化珪素層6
の露出部分を除去する(図3参照)。
【0013】表面を完全に清浄とし、いかなる自然の酸
化物をも除去した後、比較的薄肉なp型ベース11を設
ける(図4a参照)。この場合、この目的の為に、硼素
含有雰囲気中での気相堆積(CVD)によりアセンブリ
全体に薄肉のp型珪素層を被覆する(図4a参照)。使
用する堆積技術によっては、形成された層が、少なくと
もこの層がエピタキシアル層2と接触する領域で、所望
の単結晶構造を有するようにすることができる。
【0014】分子線エピタキシアル成長(MBE)のよ
うな他の成長技術におけるように、CVDを用いて明確
に画成された高ドーピング濃度の極めて薄肉な層を形成
することができる。従って、本例で形成されたベースの
厚さは50nm以下であり、平均硼素濃度は約2×10
18cm−3である。このような層は、スイッチング速
度が極めて速くその結果利得が極めて高くなりうるバイ
ポーラトランジスタのベースにとって特に有効である。 しかし、例えば珪素−ゲルマニウムのような他の半導体
材料や或いは例えば金属のような非半導体材料をも珪素
の代わりにベースに対して用いることができる。
【0015】更に、気相堆積を用いることにより、極め
て良好な段部の被覆を達成しうるという利点が得られる
。本例におけるベース11はベース接続体7の側面及び
表面上を延在する連続層を形成する。従って、ベース接
続体7と堆積されたベース11との間の信頼的な接触が
他の手段を講じることなく達成される。
【0016】ベースを分子線エピタキシアル成長(MB
E)により設けた他の実施例では、ベース接続体7とベ
ース11との間を接触せしめる為に図3の行程に続いて
図4b及び4cの行程を行なうことができる。この場合
ベースを設ける前にp型ドーピングを行なった多結晶珪
素層をアセンブリ全体に被覆し、この多結晶珪素層から
、通常のようにして異方性エッチングによりベース接続
体の側部に沿ってスペーサ7Aを形成する。次に、スペ
ーサ7Aを完全に被覆する比較的薄肉の窒化珪素層9を
設ける。この窒化珪素層9の水平部分を異方性エッチン
グにより除去する。しかし、スペーサ7A上の部分9B
はそのまま残す(図4c参照)。
【0017】次に表面を全体に亘り清浄とし、その後分
子線エピタキシアル成長によりベースを成長させる(図
4c参照)。窒化物層部分9Bはその下側のスペーサ7
Aを保護する。このような保護層部分がないと、ベース
11の形成中にスペーサ7Aが腐食され、完全に消滅し
てしまう場合もあるということを確かめた。
【0018】分子線エピタキシアル成長による不完全な
段部被覆の為に、この場合のベース11はベース接続体
7,7Aの側壁上に位置しない。しかしこれとは対照的
に、拡散によりスペーサから半導体本体中に形成された
ベース接点領域7Bを介して接触が達成される。他の製
造行程は、ベースをCVDにより設ける実施例の行程と
相違しない為、この実施例を参照して以下に説明する。
【0019】ベース11を下側のベース接続体7及び酸
化物層6と一緒に既知のようにしてパターン化した後、
本発明によれば完全な自己位置決め方法で酸化珪素のス
ペーサをベース接続体7の縁部に沿って形成する。この
目的の為に、図5を参照するに、アセンブリ全体に約4
00nm の厚さの酸化珪素の基部層13と約200n
m の厚さの多結晶珪素の頂部層14とを被覆する。こ
れらの双方の層は例えば気相堆積により通常のようにし
て設けることができる。次に全表面上に約1000nm
の厚さのホトレジストより成るマスク層15を設ける。
【0020】ホトレジストには比較的粘性がある為、例
えば珪素層7の異なる部分間のような表面中の凹凸が少
なくとも部分的に平坦化される。従って、ホトレジスト
層15の厚さは珪素層7の部分上よりもこれら部分間で
厚くなる。
【0021】マスク層15を設けた後、本発明によれば
このマスク層15をその全表面に亘ってエッチングする
。この処理は、マスク層15が少なくとも珪素層部分7
上で殆ど消滅するまで続ける。この場合、マスク層15
の厚さがもともと厚かった個所でマスク層の一部分が残
存する(図6参照)。
【0022】ここで、最終的な平均硼素濃度が頂部層1
4のうちマスク層15が被覆されていない部分で6×1
019cm−3よりも大きくなるように、硼素含有イオ
ンを用いた注入を行なう。しかし、マスク層15の残存
部分はその下側の頂部層14の部分がイオン注入に対し
て適切に保護されるのに充分厚肉とする。イオン注入後
、マスク層15の残存部分も除去し、所望に応じ、イオ
ン注入された硼素をベーキングにより或る量まで減少さ
せる。
【0023】次にアセンブリ全体をKOH溶液中で腐食
処理する。頂部層14の硼素ドープ部分はこの処理中殆
ど腐食されない。これらの部分のエッチング抵抗は実際
にイオン注入の結果として50倍以上に高まる。一方、
殆どドーピングされていない部分は腐食除去される為、
頂部層14からエッチングマスク10が自己整合的(自
己位置決め的)に形成される(図7参照)。
【0024】このエッチングマスク10を用いて、殆ど
ベース11に達するまで下側の酸化珪素層13をCHF
3及びCF4 中で異方性腐食する。次にマスク10を
除去し、使用するプラズマよりも珪素に対する選択腐食
度の可成り大きな弗化水素中での短時間での浸漬エッチ
ングによりベース11を露出させ(図8参照)。このよ
うに酸化物層13を2行程でエッチング処理することに
より、トランジスタの特性に悪影響を及ぼすような薄肉
ベース11の腐食を防止することができる。このように
してベース接続体7の側部に沿って酸化珪素層13から
形成されたスペーサ13Aは浸漬腐食後でもその高さ全
体に亘ってベース11を横方向に有効に絶縁するのに充
分に幅広である。
【0025】次に、アセンブリ全体をn型珪素層、この
場合多結晶珪素層で被覆し、マスキング及びエッチング
によりこの珪素層からベース11の露出部分の領域にエ
ミッタ16を形成する(図9参照)。トランジスタのエ
ミッタ16及びベースは、本発明により完全に自己位置
決め法で予め設けたスペーサ13Aにより横方向で互い
に絶縁されている。
【0026】次に、燐及び可能なら硼素をもドーピング
した比較的厚肉のガラス層17で表面を被覆し、ベース
接続体7、エミッタ16及びコレクタ接点領域5の領域
でこのガラス層17に通常のようにして接点窓を形成す
る。次に、エミッタ16、ベース11及びコレクタ5に
アルミニウム接続電極18を設ける。このようにして得
られた構造を図9に示す。
【0027】第2実施例(図10参照) では、開始点
を、フィールド酸化物領域4が局部酸化により形成され
ているn型表面領域19を有する珪素より成る半導体本
体とする。次に、気相堆積(CVD)によりアセンブリ
全体の上に多結晶珪素層21を設け、その後この多結晶
珪素層に硼素をドーピングする。次に多結晶珪素層21
上にエッチングマスク20を設ける。
【0028】このエッチングマスク20を用いて多結晶
珪素層21を部分的に腐食除去する(図11参照) 。 多結晶珪素層21の残存部分はベース接続体27を構成
する。ベース接続体27がマスクされている間に珪素領
域19の露出部分にBF2+イオンを用いたイオン注入
により硼素をドーピングする。次に、イオン注入された
不純物を熱処理で活性化し且つわずかに外方拡散させ、
これによりベース22を形成する。更に熱処理中硼素が
ベース接続体27から下側の珪素領域19内に拡散し、
ここに比較的多量にドーピングされたベース接点領域2
8を形成する(図11参照) 。
【0029】次に、装置に約400nm の厚さの酸化
珪素ベース層23及び珪素頂部層24を順次に被覆する
(図12参照) 。次に約1000nmの厚さのホトレ
ジストより成るマスク層25をスピニング処理により設
け、これにより表面における高さの差をある程度平均化
し、その結果マスク層25の厚さはベース接続体27上
よりもベース22上で厚くなる。
【0030】本例では酸化珪素層23及びベース接続体
27を、酸化珪素層23が実際に垂直な部分23Aを以
ってベース接続体27に隣接するように設ける。次に、
マスク層25をその表面25′が前記の垂直な部分23
Aのレベルとなるまで腐食除去する(図13参照)。
【0031】次に、燐イオンを用いたイオン注入を行な
って珪素頂部層24の露出部分のエッチング抵抗を増大
させ、マスク層25の残存部分を除去した後、アセンブ
リ全体を低温度での酸化雰囲気にさらす。上記のイオン
注入は、約2×1016cm−2のドーズ量で行なう。 又、マスク層25の残存部分は頂部層24の下側部分を
イオン注入に対して有効に保護するのに充分に厚肉とし
、この下側部分に全く或いは殆ど燐がドーピングされな
いようにする。
【0032】燐をドーピングすることにより頂部層の部
分24Aの酸化速度を可成り速める。酸化中、頂部層の
燐ドープ部分は酸化物に変換される。一方、燐が全く或
いは殆どドーピングされない頂部層の部分24B上には
可成り薄肉の酸化物層が形成されるも、この薄肉の酸化
物層は後に弗化水素を用いた短時間のエッチング処理に
より除去する。このようにして図14の構造が得られる
【0033】本発明による本例の方法では、マスク層2
5を酸化珪素層23の湾曲部分23Bを越えるところま
で腐食除去する為、マスク層25の腐食除去に際しての
偶発的な変動が、燐がドーピングされ次に酸化された頂
部層の部分24Bの幅、従って形成すべきスペーサの幅
に影響を及ぼすのを回避しうる。その結果、スペーサを
極めて正確に規程された幅で設けることができる。従っ
て、形成すべきエミッタから比較的高ドープのベース接
点領域28までの距離を正確に調整できる。このことは
トランジスタの特性及び製造方法の再現性にとって有利
である。
【0034】頂部層の非酸化露出部分24Bは乾式CC
l2及びCl2 プラズマ中で除去する(図15参照)
 。頂部層の酸化部分はこのようなエッチング処理に対
し約10倍耐えるようになる為、この酸化部分は殆ど腐
食されない。頂部層の酸化部分24Aは、次に下側の酸
化珪素層23を腐食するのに用いるエッチングマスクを
構成する。この場合、酸化珪素層23を腐食する前に、
頂部層のまだ酸化されていない部分24Bを酸化するた
めに短時間の酸化を行なう。しかし、この工程は所望に
応じ省略することもできる。
【0035】次に酸化珪素層23をCHF3及びCF4
 プラズマ中で異方性腐食する。これによりまず最初ベ
ース接続体上に位置するマスク24Aのみが腐食される
為、酸化珪素層23の下側部分が保護される。腐食処理
は、ベース22に到達し図16の構造が得られるまで継
続する。従って、酸化珪素のスペーサ26がベース接続
体27の内側縁部に沿って完全に自己位置決め的に形成
される。
【0036】次に、表面全体上に、砒素を比較的多量に
ドーピングした珪素層を設け、この珪素層からベース上
のマスキング及び腐食によりエミッタ接続体29を形成
する。次に加熱工程を行なって砒素をエミッタ接続体か
らベース22内に拡散し、エミッタ32を形成する。
【0037】次にアセンブリ全体上に、例えば燐及び可
能なら硼素をドーピングしたガラスより成る比較的厚肉
の表面安定化層30を被覆し、この層30に接点窓を形
成した後、ベース接続体27及びエミッタ接続体29上
にアルミニウム接点31を設ける。この構造を図18に
示す。
【0038】本発明を2つの実施例のみに対して上述し
たが、本発明はこれらの実施例に限定されず、幾多の変
更を加えうること勿論である。
【0039】上述した実施例では、第1材料のベース層
及びこれとは異なる第2材料の頂部層を有する第2層を
用いたが、本発明は厚さ全体に亘って同じ材料より成る
第2層の場合にも用いることができる。例えば第2層に
対し珪素層を用いる場合には、本発明によりこの層から
完全に自己位置決め法で珪素のスペーサを形成すること
ができる。
【0040】更に、マスク層に対してはホトレジストの
代わりに他の適切な材料、例えばTEOS(テトラエチ
ルオルトシリケート)から形成した酸化珪素又は燐ガラ
スを用いることができる。
【0041】更に、本発明はバイポーラ半導体装置の製
造方法に限定されず、MOSトランジスタを有し、可能
ならば同一装置中でバイポーラトランジスタと組合わせ
た半導体装置の製造に用いても有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による方法の第1実施例の一工程を示す
断面図である。
【図2】同じくその他の工程を示す断面図である。
【図3】同じくその更に他の工程を示す断面図である。
【図4】同じくその更に他の工程及び変形工程を示す断
面図である。
【図5】同じくその更に他の工程を示す断面図である。
【図6】同じくその更に他の工程を示す断面図である。
【図7】同じくその更に他の工程を示す断面図である。
【図8】同じくその更に他の工程を示す断面図である。
【図9】同じくその更に他の工程を示す断面図である。
【図10】本発明による方法の第2実施例の一工程を示
す断面図である。
【図11】同じくその他の工程を示す断面図である。
【図12】同じくその更に他の工程を示す断面図である
【図13】同じくその更に他の工程を示す断面図である
【図14】同じくその更に他の工程を示す断面図である
【図15】同じくその更に他の工程を示す断面図である
【図16】同じくその更に他の工程を示す断面図である
【図17】同じくその更に他の工程を示す断面図である
【図18】同じくその更に他の工程を示す断面図である
【符号の説明】
1  基板 2  珪素層(エピタキシアル層) 2A  活性領域 3  埋め込み層 4  フィールド酸化物領域 5  コレクタ接点領域 6  酸化珪素層 7  多結晶珪素層(ベース接続体) 7A  スペーサ 8  エッチングマスク 9  窒化珪素層 10  エッチングマスク 11  ベース 13  ベース層(酸化珪素層) 14  頂部層 15  マスク層(ホトレジスト層) 16  エミッタ 17  ガラス層 18  アルミニウム接続電極 19  表面領域(珪素領域) 20  エッチングマスク 21  多結晶珪素層 22  ベース 23  ベース層(酸化珪素層) 24  頂部層 25  マスク層(ホトレジスト層) 26  スペーサ 27  ベース接続体 28  ベース接点領域 29  エミッタ接続体 30  表面安定化層 31  アルミニウム接点 32  エミッタ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体本体の表面上に第1層の層部分
    を形成し、このアセンブリの全体上に、スペーサを形成
    する第2層を被覆し、前記の層部分上よりもこの層部分
    に隣接する個所の方が厚肉となっているマスク層を用い
    て、前記の層部分と形成すべきスペーサとの上に位置す
    る第2層の一部分、少なくともその頂部層においてエッ
    チング抵抗を高める処理を行ない、この処理を行なわな
    かった第2層の部分をこの処理を行なった部分に対して
    選択的に腐食除去してスペーサを形成する半導体装置の
    製造方法において、前記の処理を行なう前に、前記の層
    部分と形成すべきスペーサとの上に位置する第2層の部
    分の領域におけるマスク層が少なくとも殆ど完全に消滅
    するまでマスク層を少なくとも殆どその全表面に亘って
    腐食除去するも、前記の領域に隣接する領域ではマスク
    層の下側の第2層の部分が前記の処理に対して保護され
    るのに充分厚肉にマスク層を残存させることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】  請求項1に記載の半導体装置の製造方
    法において、前記の層部分及び第2層は、第2層が実際
    上その垂直部分で前記の層部分の縁部に隣接するように
    設け、前記のマスク層はその表面が第2層の垂直部分の
    位置レベルとなるまで腐食除去することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】  請求項1又は2に記載の半導体装置の
    製造方法において、第2層を形成する為に、まず最初に
    第1材料の基部層を、次に第1材料とは異なる第2材料
    の頂部層を設けることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】  請求項1〜3のいずれか一項に記載の
    半導体装置の製造方法において、マスク層としてホトレ
    ジスト層を用いることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】  請求項1〜4のいずれか一項に記載の
    半導体装置の製造方法において、頂部層が珪素を有し、
    エッチングマスクを形成する為に、硼素含有イオンを頂
    部層の露出部分に導入し、硼素イオンが少なくとも殆ど
    ドーピングされない部分をドーピングされた部分に対し
    て選択的に腐食除去することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  6. 【請求項6】  請求項1〜5のいずれか一項に記載の
    半導体装置の製造方法において、第2層には酸化可能な
    頂部層を設け、エッチングマスクを形成する為に頂部層
    の酸化速度をその露出部分において速め、頂部層を酸化
    用の雰囲気にさらし、頂部層の少なくとも酸化程度の小
    さい部分を酸化程度の大きい部分に対して腐食除去する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】  請求項1〜6のいずれか一項に記載の
    半導体装置の製造方法において、バイポーラトランジス
    タのベースを第1層から形成し、第2層に対し電気絶縁
    材料を用い、ベースをトランジスタのエミッタから分離
    する為に第2層からスペーサを形成することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】  請求項7に記載の半導体装置の製造方
    法において、第2層を設ける前に接続体の縁部に沿って
    珪素より成る他のスペーサを形成し、この他のスペーサ
    に保護層を被覆し、ベースを堆積することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
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