JPH0883804A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マスクパターンの重ね合わせのずれを無く
し、パターンの微細化を可能とし、安価に半導体装置の
高性能化を図る。 【構成】 Ｐ型およびＮ型不純物拡散領域４，５と電極
６とのコンタクト窓となる窓を絶縁膜２に設け、Ｐ型不
純物拡散領域４の形成領域上の窓をフォトレジストで覆
い、他の窓からＮ型不純物を導入し、Ｎ型不純物拡散領
域５の形成領域上の窓をフォトレジストで覆い、他の窓
からＰ型不純物を導入した後、Ｐ型半導体基板１と反応
しないＮ₂ ガス雰囲気中で熱拡散を行って不純物拡散領
域４，５を形成する。Ｎ₂ ガス雰囲気中で熱拡散を行う
ため、絶縁膜を成長させず、不純物を選択拡散するため
の選択窓として用いた窓をコンタクト窓に使用できる。
そのため、不純物拡散領域とコンタクト窓間および異な
る不純物拡散領域間のマスクパターンの重ね合わせマー
ジンを不要とし、微細な寸法構造を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板上に電極
とコンタクトをとる不純物拡散領域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】従来より、不純物拡散領域と電極のコン
タクトをとる方法として、熱拡散後に選択窓を形成し、
エッチングを行い、コンタクト窓を形成する方法が用い
られている。また、高周波バイポーラトランジスタ等の
高性能の半導体装置では、高周波特性向上のために、エ
ミッタおよびベースのコンタクト窓幅、エミッタ・ベー
ス間の距離、ベース拡散長、エミッタ拡散長等の横方向
および縦方向の寸法の微細化に近年著しい進歩がみられ
る。しかしながら、これらの高周波バイポーラトランジ
スタ等の高性能の半導体装置では、微細化のために、ス
テッパー等の高価な露光装置を用い、かつ、ポリシリコ
ンからの不純物拡散等の複雑なプロセスを用いているの
で、これらの高性能の半導体装置に用いられている一般
に良く知られた技術を汎用のトランジスタに応用して
も、コスト上昇に見合った特性の向上を得ることは困難
である。したがって、従来、汎用のトランジスタの高性
能化に対して、これらの高周波パイポーラトランジスタ
等の高性能半導体装置の微細化技術を応用することな
く、従来の方法であるコンタクト露光装置を用いた露
光、プロセスの最適化により、高性能化が進められてき
た。以下、従来の半導体装置の製造方法について説明す
る。

【０００３】図８は、従来の半導体装置の製造方法によ
り製造された半導体装置の断面図であり、１はＰ型半導
体基板、２は絶縁膜、３はＮ型不純物拡散領域、４はＰ
型不純物拡散領域、５はＮ型不純物拡散領域、６は電極
である。まず、半導体基板１の上に絶縁膜２を形成し、
次に、絶縁膜２を選択的に除去し、絶縁膜２を選択窓と
して用いて、不純物を注入、もしくは、蒸着し、熱拡散
により、不純物拡散領域３を形成し、次に、熱拡散時に
形成された絶縁膜２を選択的に除去し、不純物拡散領域
３と同様に不純物拡散領域４を形成し、さらに、同様に
不純物拡散領域５を形成し、次に、熱拡散時に形成され
た、不純物拡散領域４の表面の絶縁膜２と不純物拡散領
域５の表面の絶縁膜２とを選択的に除去し、コンタクト
窓を形成し、次に、電極６を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、単一の不純物拡散領域の表面だけに電極
６とのコンタクト窓を形成しなければならないため、マ
スクパターンの重ね合わせのずれ分の余裕を見込んだ粗
いパターンにするか（微細化困難）、または、マスクパ
ターンの重ね合わせのずれが少ない高価な装置を用い、
それに必要な暗室技術を用いなければならなかった。ま
た、同様に、不純物拡散領域４と不純物拡散領域５の間
隔に余裕を見込んだパターンにするか（微細化困難）、
または、マスクパターンの重ね合わせのずれが少ない高
価な装置を用い、それに必要な暗室技術を用いなければ
ならなかった。

【０００５】この発明は、上記従来の問題点を解決する
もので、マスクパターンの重ね合わせのずれが少ない特
殊な技術を用いることなく、マスクパターンの重ね合わ
せのずれを無くし、パターンの微細化を可能とし、安価
に半導体装置の高性能化を図れる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体装
置の製造方法は、不純物拡散領域と電極とのコンタクト
窓となる窓を設けた絶縁膜を半導体基板上に形成する工
程と、絶縁膜を選択マスクとして半導体基板に不純物を
導入する工程と、不純物を導入した後、半導体基板と反
応しないガス雰囲気中で熱拡散を行い、不純物拡散領域
を形成する工程と、不純物拡散領域を形成した後、絶縁
膜の窓に電極を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。

【０００７】請求項２記載の半導体装置の製造方法は、
第１ないし第Ｎの不純物拡散領域と電極とのコンタクト
窓となる窓を設けた絶縁膜を半導体基板上に形成する工
程と、絶縁膜の窓のうち第ｎの不純物拡散領域と電極と
のコンタクト窓を除く窓をフォトレジストで覆う選択窓
形成工程と、絶縁膜とフォトレジストを選択マスクとし
て半導体基板に第ｎの不純物を導入する不純物導入工程
と、選択窓形成工程と不純物導入工程とをｎが１からＮ
まで繰り返して第１ないし第Ｎの不純物を導入した後、
半導体基板と反応しないガス雰囲気中で熱拡散を行い、
第１ないし第Ｎの不純物拡散領域を形成する工程と、第
１ないし第Ｎの不純物拡散領域を形成した後、絶縁膜の
窓に電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。

【０００８】請求項３記載の半導体装置の製造方法は、
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、フォト
レジストの代わりに、窒化膜を用いるようにしている。

【０００９】

【作用】この発明の製造方法によれば、不純物拡散領域
と電極とのコンタクト窓となる窓を絶縁膜に設け、この
窓を不純物を選択拡散するための選択窓として用いて不
純物を導入した後、半導体基板と反応しないガス雰囲気
中で熱拡散を行って不純物拡散領域を形成している。い
いかえれば、半導体基板と反応しないガス雰囲気中で熱
拡散を行うため、絶縁膜を成長させず、選択窓として用
いた窓をそのままコンタクト窓に使用することができ
る。そのため、従来の暗室工程での不純物拡散領域とコ
ンタクト窓間のマスクパターンの重ね合わせマージンを
不要とし、ステッパ等の高価な重ね合わせ精度の高い装
置や、従来の高周波バイポーラトランジスタのように、
ポリシリコンエミッタ等の特殊な工程付加することな
く、安価なコンタクト露光装置を用いて、従来より微細
な寸法構造の高性能な半導体装置を実現することができ
る。

【００１０】さらに、２（２種類）以上の不純物拡散領
域を形成する場合、異なる不純物拡散領域間のマスクパ
ターンの重ね合わせマージンを不要とし、より微細な寸
法構造を容易に実現し、従来と同程度のコストで、より
高性能な半導体装置を実現することができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について、図面を
参照しながら説明する。図１〜図６はこの発明の一実施
例における半導体装置の製造方法を示す工程順断面図で
あり、１はシリコンを用いたＰ型半導体基板、２は絶縁
膜、３はＮ型不純物拡散領域、４はＰ型不純物拡散領域
（第２の不純物拡散領域）、５はＮ型不純物拡散領域
（第１の不純物拡散領域）、６は電極、７ａ，７ｂはフ
ォトレジスト、８ａ，８ｂはコンタクト窓、９はＮ型不
純物（第１の不純物）、１０はＰ型不純物（第２の不純
物）である。

【００１２】この半導体装置の製造方法は、まず、図１
のように、Ｐ型半導体基板１上に、酸化膜や窒化膜等の
絶縁膜２を形成する。次に、絶縁膜２が選択マスクとな
るように窓形成を行い、図２のように、Ｎ型不純物を蒸
着、拡散して、Ｎ型不純物拡散領域３を形成する。次
に、図３のように、後工程でＰ型不純物拡散領域４とＮ
型不純物拡散領域５のコンタクト窓８ａ，８ｂとなる窓
の形成を行い、一方のコンタクト窓８ａをフォトレジス
ト７ａで覆い、フォトレジスト７ａと絶縁膜２を選択マ
スクとして、コンタクト窓８ｂからＮ型不純物９のイオ
ン注入や蒸着を行う。次に、図４のように、他方のコン
タクト窓８ｂをフォトレジスト７ｂで覆い、フォトレジ
スト７ｂと絶縁膜２を選択マスクとして、コンタクト窓
８ａからＰ型不純物１０のイオン注入や蒸着を行う。次
に、フォトレジスト７ｂを除去した後、シリコンからな
るＰ型半導体基板１表面と反応しない例えばＮ₂ ガスの
ようなガス雰囲気中で熱拡散を行うことにより、図５の
ように、Ｐ型不純物拡散領域４とＮ型不純物拡散領域５
が同時に形成され、コンタクト窓８ａ，８ｂも形成され
た状態となる。次に、コンタクト窓８ａ，８ｂに電極６
を形成すれば、図６に示す半導体装置が実現できる。

【００１３】以上のようにこの実施例によれば、Ｐ型お
よびＮ型不純物拡散領域４，５と電極６とのコンタクト
窓８ａ，８ｂとなる窓を絶縁膜２に設け、フォトレジス
ト７ａと絶縁膜２を選択マスクとしてコンタクト窓８ｂ
からＮ型不純物９を導入し、フォトレジスト７ｂと絶縁
膜２を選択マスクとしてコンタクト窓８ａからＰ型不純
物１０を導入した後、Ｐ型半導体基板１と反応しないＮ
₂ ガス雰囲気中で熱拡散を行って不純物拡散領域４，５
を形成している。いいかえれば、Ｐ型半導体基板１と反
応しないガス雰囲気中で熱拡散を行うため、絶縁膜を成
長させず、不純物を選択拡散するための選択窓として用
いた窓をそのままコンタクト窓８ａ，８ｂに使用するこ
とができる。そのため、従来の暗室工程での不純物拡散
領域とコンタクト窓間のマスクパターンの重ね合わせマ
ージンを不要とし、ステッパ等の高価な重ね合わせ精度
の高い装置や、従来の高周波バイポーラトランジスタの
ように、ポリシリコンエミッタ等の特殊な工程付加する
ことなく、安価なコンタクト露光装置を用いて、従来よ
り微細な寸法構造の高性能な半導体装置を実現すること
ができる。

【００１４】さらに、この実施例では、異なる不純物拡
散領域４，５間のマスクパターンの重ね合わせマージン
を不要とし、より微細な寸法構造を容易に実現し、従来
と同程度のコストで、より高性能な半導体装置を実現す
ることができる。なお、絶縁膜２とともに選択マスクと
して用いたフォトレジスト７の代わりに、窒化膜を用い
てもよい。この場合、絶縁膜２には窒化膜を用いない。

【００１５】また、熱拡散を行う際に、Ｐ型半導体基板
１と反応しないガスとしてＮ₂ ガスを用いたが、他のＡ
ｒ等の不活性ガスを用いても同様の効果が得られる。な
お、上記実施例では、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ
を用いて説明したが、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ
やＭＯＳ型トランジスタ等の半導体基板を用いた、不純
物拡散工程と窓工程を有する半導体装置の製造方法にも
同様に実施することが可能である。

【００１６】また、上記実施例では、Ｐ型不純物拡散領
域４およびＮ型不純物拡散領域５の２つの領域のコンタ
クト窓８ａ，８ｂのマスクの重ね合わせのずれをなくす
方法を説明したが、３領域以上であっても、コンタクト
窓を覆う工程と不純物導入（イオン注入や蒸着）工程を
追加することにより実施可能であり、１領域であれば、
コンタクト窓を覆う工程なしに実施可能である。

【００１７】また、以下に微細化によって得られる性能
の向上の一例を示す。フィンガータイプのバイポーラト
ランジスタでは、エミッタピッチを狭くしエミッタ拡散
層の個数を増加することによりエミッタ周辺長を稼ぐと
ともに、エミッタ・ベース間の抵抗を下げることによ
り、スイッチング特性や遮断周波数等の高周波特性が向
上し、同一ベース面積での直流電流増幅率のリニアリテ
ィーが向上することは一般的によく知られている。

【００１８】ここでは直流電流増幅率のリニアリティー
について説明を行う。バイポーラトランジスタでは、コ
レクタ電流の増加にともない、エミッタ・ベース間の抵
抗により、エミッタ・ベース間の電圧降下が増加し、エ
ミッタ拡散層の周辺部付近のみに電流が集中する現象が
発生する。さらにコレクタ電流を増加すると、電流の集
中により、ベース部での抵抗が増加し、コレクタ電流を
増加させる前より、ベースに流れる電流の割合が増加
し、直流電流増幅率が低下する。したがって、エミッタ
周辺長を増加させることにより、エミッタ拡散層の周辺
部付近の電流集中を緩和し、直流電流増幅率のリニアリ
ティーを改善することができる。この場合の一例である
エミッタピッチを狭くし、エミッタ周辺長を増加させた
場合のＰＮＰバイポーラトランジスタの直流電流増幅率
のリニアリティーを図７に示す。図７では、エミッタ周
辺長が３．９ｍｍの場合と、エミッタ周辺長を１４．４
ｍｍに増加させた場合とについて示している。

【００１９】

【発明の効果】この発明の製造方法によれば、不純物拡
散領域と電極とのコンタクト窓となる窓を絶縁膜に設
け、この窓を不純物を選択拡散するための選択窓として
用いて不純物を導入した後、半導体基板と反応しないガ
ス雰囲気中で熱拡散を行って不純物拡散領域を形成して
いる。いいかえれば、半導体基板と反応しないガス雰囲
気中で熱拡散を行うため、絶縁膜を成長させず、選択窓
として用いた窓をそのままコンタクト窓に使用すること
ができる。そのため、従来の暗室工程での不純物拡散領
域とコンタクト窓間のマスクパターンの重ね合わせマー
ジンを不要とし、ステッパ等の高価な重ね合わせ精度の
高い装置や、従来の高周波バイポーラトランジスタのよ
うに、ポリシリコンエミッタ等の特殊な工程付加するこ
となく、安価なコンタクト露光装置を用いて、従来より
微細な寸法構造の高性能な半導体装置を実現することが
できる。

【００２０】さらに、２（２種類）以上の不純物拡散領
域を形成する場合、異なる不純物拡散領域間のマスクパ
ターンの重ね合わせマージンを不要とし、より微細な寸
法構造を容易に実現し、従来と同程度のコストで、より
高性能な半導体装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例における半導体装置の工程
途中の断面図である。

【図２】この発明の一実施例における半導体装置の工程
途中の断面図である。

【図３】この発明の一実施例における半導体装置の工程
途中の断面図である。

【図４】この発明の一実施例における半導体装置の工程
途中の断面図である。

【図５】この発明の一実施例における半導体装置の工程
途中の断面図である。

【図６】この発明の一実施例における半導体装置の断面
図である。

【図７】この発明の一実施例における半導体装置の特性
比較図である。

【図８】従来の半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１ Ｐ型半導体基板 ２ 絶縁膜 ３ Ｎ型不純物拡散領域 ４ Ｐ型不純物拡散領域（第２の不純物拡散領域） ５ Ｎ型不純物拡散領域（第１の不純物拡散領域） ６ 電極 ７ａ，７ｂ フォトレジスト ８ａ，８ｂ コンタクト窓 ９ Ｎ型不純物（第１の不純物） １０ Ｐ型不純物（第２の不純物）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に熱拡散により不純物拡散領
   域を形成し、前記不純物拡散領域上に電極を形成する半
   導体装置の製造方法であって、 前記不純物拡散領域と電極とのコンタクト窓となる窓を
   設けた絶縁膜を前記半導体基板上に形成する工程と、 前記絶縁膜を選択マスクとして前記半導体基板に不純物
   を導入する工程と、 前記不純物を導入した後、前記半導体基板と反応しない
   ガス雰囲気中で熱拡散を行い、前記不純物拡散領域を形
   成する工程と、 前記不純物拡散領域を形成した後、前記絶縁膜の窓に前
   記電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基板に熱拡散により第１ないし第
   Ｎ（Ｎは２以上の整数）の不純物拡散領域を形成し、前
   記第１ないし第Ｎの不純物拡散領域上に電極を形成する
   半導体装置の製造方法であって、 前記第１ないし第Ｎの不純物拡散領域と電極とのコンタ
   クト窓となる窓を設けた絶縁膜を前記半導体基板上に形
   成する工程と、 前記絶縁膜の窓のうち第ｎ（ｎは１からＮまでの整数）
   の不純物拡散領域と電極とのコンタクト窓を除く窓をフ
   ォトレジストで覆う選択窓形成工程と、 前記絶縁膜とフォトレジストを選択マスクとして前記半
   導体基板に第ｎの不純物を導入する不純物導入工程と、 前記選択窓形成工程と前記不純物導入工程とをｎが１か
   らＮまで繰り返して前記第１ないし第Ｎの不純物を導入
   した後、前記半導体基板と反応しないガス雰囲気中で熱
   拡散を行い、前記第１ないし第Ｎの不純物拡散領域を形
   成する工程と、 前記第１ないし第Ｎの不純物拡散領域を形成した後、前
   記絶縁膜の窓に電極を形成する工程とを含むことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 フォトレジストの代わりに、窒化膜を用
   いる請求項２記載の半導体装置の製造方法。