JPH0669044B2

JPH0669044B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0669044B2
Application number: JP60088751A
Authority: JP
Inventors: 広志後藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS61248556A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕バイポーラトランジスタのベース引出電極を金属または
金属シリサイドの選択成長によって形成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法、より詳しく述べると、
良好な高周波特性を有するバイポーラトランジスタの製
造方法に係る。

〔従来の技術〕

第２図は従来提案されているバイポーラトランジスタの
要部断面図である。同図中、１はコレクタ領域となるＮ
形シリコン基板、２はその主面、３はＰ形ベース領域、
４はＮ形エミッタ領域、５はＰ形不純物を含む多結晶シ
リコ層によるベース引出電極、6,7はSiO₂膜、８はベー
ス電極、９はエミッタ電極である。このバイポーラトラ
ンジスタではベース電極８が多結晶シリコンによるベー
ス引出電極５による接続されており、もしベース電極８
がベース引出電極５を介することなくベース領域３上に
直接これを連結された場合に比べて、ベース領域３の主
面２上の面積を小さくすることができる。

しかし、このバイポーラトランジスタにおいても、多結
晶シリコン層からなるベース引出電極５は、ベース領域
３、エミッタ領域４およびSiO₂膜６上の全面上に形成さ
れた多結晶シリコン層をエッチングして形成されるのが
普通であるために、ベース引出電極５がベース領域３上
で占める面積が比較的大きくなる。また、SiO₂膜７が領
域3,4上に占める面積も同様な理由から比較的大きくな
らざるを得ない。そこで、多結晶シリコンの加工性の良
さを利用してセルファライン化を押し進めてこれらの問
題点を解決したバイポーラトランジスタの製造方法が提
案されている（特公昭55−26630 号公報、同57−32511
号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のバイポーラトランジスタにおいてベース引出電極
を多結晶シリコンで構成した理由は、多結晶シリコンが
加工性に優れているために、微細なパターニングが可能
であり、またセルファライン工程への適合性に優れてい
るからであった。しかしながら、多結晶シリコンは不純
物を高濃度に導入することによって導電性を付与するこ
とが可能であるとはいえ、金属等に比べるとまだ導電性
が低いので、前記のバイポーラトランジスタの側でいう
とベース抵抗がいくらか大きくなるというような問題点
がある。また、多結晶シリコンを導電性にするために不
純物を高濃度に導入する必要があり、そのために後の熱
処理の際に導電性多結晶シリコンからそれとコンタクト
した半導体基板に不純物が拡散するが、この領域の不純
物が常に高濃度になり、素子特性上好ましくない場合が
あるという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解説するために、ベース引出電極を金属ま
たは金属シリサイドの選択成長法によって作成する。

第１導電型半導体基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層
に形成すべきエミッタ領域（島状）を包囲するベースコ
ンタクト領域を測定する開口部を穿設すると共に、該絶
縁層上に該開口部の外縁から外方へ延長する所定パター
ン（開口部と合せてベース引出電極のパターンを成す）
を有する層を形成する。この最後の層は後工程で行う金
属または金属シリサイドの選択成長の種となる層（以
下、「種層」と称する。）であり、材料的には成長の種
（核）となり得るものであれば何でもよく、少なくとも
上記基板と同一材質のものは成長の種になり得るであろ
う。また、上記開口部のパターンに基づいて基板の主面
側からベースコンタクト領域に第２導電型のドーパント
を導入しておく。

この状態において、特定の成長条件を選択して金属また
は金属シリサイドを成長すれば、金属または金属シリサ
イドは開口部下の基板（ベースコンタクト領域）上と上
記種層上に選択的に成長し、上記絶縁層の露出部上には
成長しないようにすることができる。そして、この選択
成長の結果、ベースコンタクト領域上に成長する金属ま
たは金属シリサイドと種層上に成長する金属または金属
シリサイドは一体化し、良導電体である金属または金属
シリサイドによってベース引出電極が形成される。

その後、ベース引出電極の露出表面に絶縁層を形成す
る。この絶縁層はベース引出電極の陽極酸化によって好
ましく形成することができるが、初めからあるいは付加
的に絶縁層を堆積し、パターニングして形成してもよ
い。次いで、この絶縁層およびベース引出電極をマスク
として、その絶縁層で包囲された領域、すなわち、上記
開口部の内側の島状領域に対応する領域の下の半導体基
板内の領域に、その主面側から、第２導電型ドーパント
を導入してベースコンタクト領域と連接した活性ベース
領域を形成すると共に、該活性ベース領域内に第１導電
型ドーパントを導入してエミッタ領域を形成する。

その他の工程は慣用的なバイポーラトランジスタの製法
と同様であることができ、またその他いろいろに変形さ
れてもよい。

こうして、本発明によれば、具体的には、第１導電型半
導体基板上に、第１の絶縁膜及び後記金属又は金属シリ
サイド成長の種となる層（以下、「積層」という。）を
形成する工程と、少なくともエミッタとなるべき領域に
島状の第２絶縁膜を形成する工程と、第２絶縁膜の周囲
領域を除く領域に第３の絶縁膜を形成する工程と、第２
の絶縁膜及び第３の絶縁膜をマスクとして種層及び第１
の絶縁膜をエッチングしベースコンタクト窓を開口する
工程と、開口部に第２導電型のベースコンタクト拡散領
域を形成する工程と、島状領域には第１の絶縁膜のみ
を、ベースコンタクト窓に外接する領域には第１の絶縁
膜及び種層を所定パターン状に増す工程と、開口部下に
露出するベースコンタクト領域上と種層上に金属または
金属シリサイドを選択的に成長してベース引き出し電極
を形成する工程と、ベース電極表面に第４の絶縁膜を形
成する工程と、ベース引き出し電極及び第４の絶縁膜で
包囲された領域下の前記半導体基板内に、その主面側か
ら、第２導電型のベースコンタクト領域と連接する第２
導電型活性ベース領域と、活性ベース領域内に第１導電
型エミッタ領域を形成する工程と、を含み、そして、第
１導電型半導体基板の前記活性ベース領域と外側で接す
る領域をコレクタ領域とすることを特徴とする半導体装
置の製造方法が提供される。

〔作用〕

この製法において、ベース引出電極は金属または金属シ
リサイドによって構成されているので、その導電率が高
く、ベース抵抗を低減することができる。

また、最初に半導体基板上の絶縁層に穿設した開口部
（ベースコントクト窓）のパターンと自己整合してベー
スコンタクト領域が形成されかつベースコンタクト窓と
自己整合的にその窓から外方へ延びる種層上にベース引
出電極が形成されるので、ベースコンタクトをとるため
にベースコンタクト領域の面積を不必要に大きくする必
要がまったくない。

さらに、選択成長法で形成したベース引出電極の内縁に
基づいてそれと自己整合的にエミッタ領域およびエミッ
タ電極を形成することができるので、ベースコンタクト
領域とエミッタ領域の間の面積あるいはベース引出電極
とエミッタ電極の間の絶縁分離のための面積も不必要に
大きくする必要がまったくない。

こうして、本発明の方法によれば、ベース領域とエミッ
タ領域を必要最小限の面積にし、かつ金属あるいは金属
シリサイドを用いてベース引出電極およびエミッタ電極
を形成することが可能である。従って、安全容量，寄生
抵抗が低減された極めて高周波特性の良好なトランジス
タが得られることになる。

〔実施例〕

第１図を参照して本発明の実施例を詳述する。

第１図Ａを参照すると、主面12を有する単結晶シリコン
半導体基板11、n⁺形埋込層13、n^-形エピタキシャル成長
単結晶シリコン層14、分離用選択酸化膜15、n⁺形コレク
タコンタクト領域16をそれぞれ慣用のバイポーラトラン
ジスタの製法により作成する。更に、11,13,14および16
を含むシリコン半導体本体の選択酸化膜15で覆われてい
ない表面にも厚さ0.1μｍ程度の酸化膜17を形成する。
この酸化膜17はシリコン基体表面を酸化するかCVD法で
作成すればよい。

酸化膜15,17上にCVD法で厚さ0.1〜0.3μｍの多結晶シリ
コン層18、さらにその上に厚さ0.3〜0.5μｍ程度の窒化
シリコン層19を堆積した後、窒化シリコン層19をパター
ニングして、エミッタ形成部（第１図Ｆの20）を残し、
それを包囲するベース引出電極の形成部（第１図Ｆの2
1）を除去する。ベース引出電極の形成部21の周囲の窒
化シリコン層（第１図Ｆの22）は残す。エミッタ形成部
20の寸法は例えば1.0μｍ角である。

次に、窒化シリコン層19と多結晶シリコン層18の上全面
にプラズマCVDあるいは減圧CVD等により例えばPSG層23
を厚さ0.3〜0.5μｍ程度堆積すると、下地パターンのス
テップ部ではカバレージが悪いので、窒化シリコン層19
のパターンの端縁に沿って層23に凹部あるいはくびれ24
ができる。

第１図Ｂを参照すると、ここで例えばバッファーフッ酸
を用いて層23を徐々にウェットエッチングすると、層23
の表面からエッチングが進み、層23の厚みが徐々に減少
するとき、上記凹部24、すなわち、エミッタ形成部20の
外縁部とベース引出電極形成部21の外縁部では、エッチ
ングが他の部分23′より一層深くまで進行してそこだけ
窒化シリコン層19および多結晶シリコン層18の表面が露
出するようになる。すなわち、開口部24ができる。この
開口部24の開口幅は窒化シリコン層19の厚み、層23の形
成条件、層23のエッチング条件、層23のエッチング厚さ
等によって定まるが、最終的には層23のエッチングを停
止する時期を適当に選択することによって一定の範囲内
で所望の開口幅の開口部24を形成することができる。例
えば、この例では0.2〜0.3μｍの開口幅である。

第１図Ｃを参照すると、残った層23′をマスクとして多
結晶シリコン層18をエッチングすると、開口部24下の部
分25だけが選択的にエッチングされる。次いで層23′を
除去するが、このとき、結果的に、前の多結晶シリコン
層18のエッチングで露出した酸化膜15,17の部分もエッ
チングされる。層23′はPSG、酸化膜15,17はSiO₂だから
である。それから、ホウ素イオン（B⁺）を全面に打込む
と、n^-形エピタキシャル層14中に窒化シリコン層19と多
結晶シリコン層18がマスクとして働いてエミッタ形成部
20が外縁に沿う前記開口部25下のベースコンタクト領域
26だけにホウ素イオンが選択的に打込まれるが、このと
き同時に、多結晶シリコン層18には窒化シリコン層19が
マスクとして働いてベース引出電極形成部21にホウ素イ
オンが選択的に打込まれる。打込み条件は、例えば、30
〜40keV、１×10¹⁴cm^-2である。

第１図Ｄを参照すると、窒化シリコン層19をエッチング
除去した後、水酸化カリウムを用いて多結晶シリコン層
18をエッチングすると、上記工程でホウ素イオンが選択
的に打込まれた部分はエッチング速度が低下しているた
めに、多結晶シリコン層18はベース引出電極形成部（2
1）だけ選択的に残る。

こうして得られた第１図Ｄに示す構造は、エミッタ領域
およびコレクタ領域を形成すべきn^-形エピタキシャルシ
リコン層14の主面12上に絶縁層（酸化膜）17があり、絶
縁層17は島状のエミッタ形成部（20）の外縁に沿ってそ
れを包囲する開口部25を有し、絶縁層17上に開口部25の
外縁から外方に延長する所定パターン（ベース引出電極
を形成すべきパターン）の層（多結晶シリコン層）18を
有している。そして、領域26の単結晶シリコンおよび層
18の多結晶シリコンは後記のタングステン等の選択的な
成長の種となる物質である。層15,17のSiO₂上にはタン
グステン等は成長しない。本発明の方法は、このような
構造を出発点として、ベース引出電極を金属またはシリ
サイドの選択成長により作成することを特徴とするもの
である。従って、第１図Ａ〜Ｄを参照して以上に説明し
た一連の工程は、あくまで、第１図Ｄに示す如き構造を
得るための工程の１例にすぎないものである。ただし、
この一連の工程では、ベースコンタクト領域あるいはベ
ースコンタクト窓がエミッタ形成部のパターンに隣接し
てサブミクロンオーダーで得られ、しかも、第１図Ａに
おける窒化シリコン層19のパターンを出発点として以降
はすべて自己整合的プロセスによって第１図Ｄに示す構
造が得られるという利点を有している。

次に、第１図Ｅを参照すると、金属または金属シリサイ
ドを開口部25下に露出したエピタキシャル成長単結晶シ
リコン26（14）上と多結晶シリコン層18上に選択的に成
長させる。例えば、250〜500℃の低温および0.1〜５ト
ルの低圧におけるCVDでフッ化タングステン（WF₆）とア
ルゴンまたは水素の混合ガスからタングステンを選択的
に成長することができる〔例えば、イー・ケー・ブロー
ドベント，シー・エル・ラミラー著「タングステンの選
択的減圧CVD法」、ジャーナル・オブ・エレクトロケミ
カル・ソサイエティ、固体状態の化学と技術1984年６
月,1427〜1433頁参照〕。また、例えば、トリクロルチ
タン（TiCl₄）とキャリヤガスとしての水素（H₂）中の
トリクロルシラン（SiHCl₃）の混合ガスから100トル以
下の圧力、600〜900℃の温度でチタンシリサイド（TiSi
₂）を選択的に成長することができる〔例えば、特願昭6
0−23480 号明細書参照〕。

こうして、例えば、タングステンをベースコンタクト領
域26上と多結晶シリコン層18上に選択成長させると、こ
れら２つの領域上に成長するタングステンは最終的に一
体になりベース引出電極27を成す。このときタングステ
ン層あるいはベース引出電極27の厚みは、例えば0.3〜
0.5μｍ程度である。

第１図Ｆは第１図Ｅの平面図である。同図中、斜線部27
がベース引出電極、破線28はベースコンタクト領域26の
外縁、破線29はn^-形エピタキシャル層14の外縁、破線30
はn⁺形コレクタコンタクト領域16の外縁、鎖線31はn⁺形
埋込層13の外縁である。

第１図Ｇを参照すると、金属または金属シリサイドから
なるベース引出電極27の表面32を陽極酸化して絶縁化す
る。次いで、ベース引出電極27をマスクとしてホウ素イ
オン（B⁺）を30〜40keV、５×10¹³cm^-2程度の条件で活
性ベース領域33に選択的に打込む。このとき、図示され
ていないが、コレクタコンタクト領域にはイオンが打ち
込まれるのを避けるためにレジストでマスクする。

第１図Ｈを参照すると、直ちにエミッタ拡散を行っても
よいが、エミッタ領域の外縁が高濃度のベースコンタク
ト領域中に入り込むのを避けるために、絶縁層32の内縁
の内側に所望の幅の絶縁膜34を設ける。この絶縁膜34
は、例えば、CVDはSiO₂を全面に堆積した後、例えばイ
オンミリングで主面12に対して垂直な方向に異方的にエ
ッチングを行うことによって形成することができる。平
坦な絶縁層32の上および活性ベース領域33の上に比べて
ステップの垂直な壁に付着した部分はミリング方向（主
面12に垂直な方向）に関してより大きい厚さを有してい
るので、前者の部分がエッチング除去されても後者の部
分ではSiO₂が残る。このとき、ミリングの量をコントロ
ールすれば、絶縁膜34の横方向の厚さを調整できる。ま
た、同様の操作を繰り返すこともできる。その後、例え
ば、10²⁰cm^-3程度にヒ素をドープした多結晶シリコン層
35をエピタキシャルシリコン層14上の絶縁膜34の内側に
形成し、例えば、950〜1000℃,30分程度の熱処理を行う
ことによって、ドープ多結晶シリコン層35からヒ素が主
面12を介して拡散して深さ0.15μｍ程度のエミッタ領域
36が形成される。この熱処理の際、先にベース領域26,3
3に打ち込まれていたホウ素イオンも同時に活性化され
る。ベースコンタクト領域26および活性ベース領域33は
一体化し、活性ベース領域33は0.3μｍ程度の深さにな
る。

第１図Ｉを参照すると、あとは、慣用的な手法で絶縁膜
37、エミッタ電極38、ベース電極39、コレクタ電極40を
形成する。同図に見られるように、ベース電極39はベー
ス引出電極27に接続される。

以上、第１図Ｄ以降の一連の工程では、開口部25の外縁
に基づいてベースコンタクト領域26の外縁と、従ってま
たベース領域全体（26＋33）の外縁と、ベース引出電極
27の内縁とが自己整合的に規定され、かつ開口部25の内
縁に基づいてベースコンタクト領域26の内縁と、エミッ
タ領域36の外縁が自己整合的に規定される。従って、エ
ミッタ領域を包囲するベース領域の面積は開口部25のパ
ターンだけによって規定されるので、容易にその面積の
縮小化が可能である。しかも、前述の第１図A/Dの工程
と組み合せれば、窒化シリコン層19のエミッタ形成部の
パターンだけから開口部25のパターンがサブミクロンの
オーダーで精度良く形成されるので、ベース領域の面積
も必要最小限の大きさとすることが可能になる。

しかも、この方法で得られるバイポーラトランジスタの
ベース引出電極は従来例の多結晶シリコンではなく、金
属または金属シリサイドからなるので、その導電率が高
く、従ってベース引出電極の抵抗がトランジスタ特性を
悪くするという問題も解消している。

また、この方法では、金属または金属シリサイドによる
ベース引出電極を形成するためにマスク合せをする必要
がないばかりでなく、ベース引出電極となる金属または
金属シリサイドのエッチング工程も不要である。これ
は、金属または金属シリサイドのエッチング制御性が悪
いことを考えると、本発明の方法の利点をなすものであ
る。

以上、本発明の実施例について説明したが本発明はその
他種々に変形することが可能である。例えば、半導体本
体上の絶縁層に設ける開口部の形成方法、形状および寸
法は任意である。ベースコンタクト領域、活性ベース領
域、エミッタ領域のドーピング方法（イオン打込あるい
は熱拡散）、ドーパントの種類、形成条件、また活性ベ
ース領域とエミッタ領域の形成順序は任意である。選択
成長の際における絶縁膜および成長の種となる層の材質
は選択成長する金属または金属シリサイドの種類および
その成長条件に応じて適当に選択すればよい。ベース引
出電極の表面の絶縁層は陽極酸化以外の方法、例えば、
CVD法等でも形成することができる、等々。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バイポーラトランジスタのベース引出
電極を金属または金属シリサイドで構成し、かつベース
引出電極とベースコンタクト窓とベースコンタクト拡散
領域を自己整合的に形成することにより、ベースコンタ
クト拡散領域の面積を必要最小限とし、かつベース引出
電極の抵抗を低減することができる。さらに、ベース引
出電極およびベースコンタクト拡散領域に対してエミッ
タ電極およびエミッタ拡散領域をそれぞれ自己整合的に
形成することができるので、この意味でもベース拡散領
域およびエミッタ拡散領域の面積を小さくすることが可
能である。こうして、寄生容量及び寄生抵抗が大巾に低
減され、高周波特性の極めて優れた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〜Ｉは本発明の実施例における工程要部のバイ
ポーラトランジスタの要部断面図、第２図は従来例のバ
イポーラトランジスタの要部断面図である。 12……主面、13……ｎ形埋込層、 14……n^-形エピタキシャル層、 15……選択酸化膜、 16……n⁺形コレクタコンタクト領域、 17……酸化膜、18……多結晶シリコン層、 19……窒化シリコン層、23……PSG層、 24,25……開口部、 26……ベースコンタクト領域、 27……タングステン層、32……絶縁層、 33……活性ベース領域、 35……多結晶シリコン層、 36……エミッタ領域、38,39,40……電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型半導体基板上に、第１の絶縁膜
及び後記金属又は金属シリサイド成長の種となる層（以
下、「積層」という。）を形成する工程と、少なくともエミッタとなるべき領域に島状の第２絶縁膜
を形成する工程と、第２絶縁膜の周囲領域を除く領域に第３の絶縁膜を形成
する工程と、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜をマスクとして
前記種層及び第１の絶縁膜をエッチングしベースコンタ
クト窓を開口する工程と、該開口部に第２導電型のベースコンタクト拡散領域を形
成する工程と、前記島状領域には第１の絶縁膜のみを、ベースコンタク
ト窓に外接する領域には前記第１の絶縁膜及び種層を所
定パターン状に残す工程と、前記開口部下に露出する前記ベースコンタクト領域上と
前記種層上に金属または金属シリサイドを選択的に成長
してベース引き出し電極を形成する工程と、該ベース電極表面に第４の絶縁膜を形成する工程と、前記ベース引き出し電極及び第４の絶縁膜で包囲された
領域下の前記半導体基板内に、その主面側から、前記第
２導電型のベースコンタクト領域と連接する第２導電型
活性ベース領域と、該活性ベース領域内に第１導電型エ
ミッタ領域を形成する工程と、を含み、そして、前記第１導電型半導体基板の前記活性
ベース領域と外側で接する領域をコレクタ領域とするこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。