JPH10256266A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エミッタコンタクト孔に位置する絶縁膜が他
のコンタクト孔に位置する絶縁膜よりも薄いため、エミ
ッタ領域の取り出し電極がエッチングされ凹み部を形成
し、エミッタ領域の底面をデコボコにしトランジスタ特
性にバラツキを与える。 【解決手段】 活性ベース領域６１が露出するように取
り出し電極５７が形成され、この取り出し電極５７の上
には、絶縁膜５６を介してエミッタの取り出し電極６４
が形成されている。このエミッタ領域の取り出し電極６
４の表面にはエッチングストッパー層Ｓが配置されてい
るため、凹み部が形成されずサイドウォール６２で囲ま
れた開口部の真上に取り出し電極６４を配置できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ｈFEのバラツキを
抑制した半導体集積回路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】極く微細なベース・エミッタ接合を得る
ための手法として、例えば特開平７−２３５５４７号に
記載された方法が公知である。まずこの方法を説明すれ
ば、Ｐ型半導体基板の上にエピタキシャル成長法によっ
てコレクタとなるＮ型の半導体層１１を形成し、半導体
層１１の表面を選択酸化して素子分離用のＬＯＣＯＳ酸
化膜１２を形成する。１３はＮ＋型の埋め込み層であ
る。また、ＬＯＣＯＳ酸化膜１２の下部にはＮ型エピタ
キシャル層をＰＮ接合分離するＰ＋型分離領域が形成さ
れている。

【０００３】続いて全面にＣＶＤ酸化膜を堆積し、ホト
エッチングしてエミッタ拡散を行う予定の半導体層１１
表面上に絶縁膜１５を残す。（以上図６を参照） 続いて絶縁膜１５で覆われていない半導体層１１表面
に、選択エピタキシャル成長法によりポリシリコン層を
形成し第１のシリコン層１６を形成し、その後、ボロン
をイオン注入することにより第１のシリコン層１６に外
部ベース拡散用の不純物をド−プする。更には全面にＬ
ＰＣＶＤ法によりシリコン層を堆積して第２のシリコン
層１７を形成する。（以上図７を参照） 続いて第２のシリコン層１７に導電性を与えるためのボ
ロンをイオン注入し、第２のシリコン層１７をホトエッ
チングして第１と第２のシリコン層１６、１７でベース
引き出し電極１８を形成する。同時に絶縁膜１５の上を
開口して絶縁膜１５の頭部を露出させる。（以上図８を
参照） 続いて、図９のように絶縁膜１５を除去して開口部１９
を形成し、半導体層１１表面を露出する。この後全体を
熱酸化して半導体層１１の表面と第１と第２のシリコン
層１６、１７の表面に熱酸化膜２０を形成する。同時に
第１のシリコン層１６から拡散し外部ベース領域２１を
形成し、活性ベースを形成するためのボロンをマスクレ
スでイオン注入する。（以上図１０を参照） 続いて、全面にポリシリコン層を堆積し、これを異方性
でドライエッチングすることにより開口部１９の側壁に
サイドウォール２２を形成し、全面にＨＴＯ（Ｈｉｇｈ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ）２３を形成す
る。更にはＨＴＯ２３をエッチバックして、開口部１９
の半導体層１１表面を再度露出する。（以上図１１を参
照） 最後にＣＶＤ法によりポリシリコン層を堆積し、エミッ
タ拡散用の不純物をド−プした後これをホトエッチング
して開口部１９にエミッタ引き出し電極２４を形成す
る。そして、基板全体を熱処理することにより先にイオ
ン注入したイオンを拡散して活性ベース領域２５を形成
し、同時にエミッタ引き出し電極２４からの固相拡散に
よりエミッタ領域２６を形成する。（以上図１２を参
照） 更に全面に絶縁膜を被着し、エミッタコンタクトおよび
ベースコンタクトを形成し、コンタクト孔を介してエミ
ッタ電極およびベース電極が形成されている。

【０００４】以上の製造方法により微細な高周波トラン
ジスタを製造することができる。また図７〜図９に於い
て、ポリシリコンから成る第１のシリコン層１６とベー
ス引き出し電極１８を、ポリシリコンで一体に構成し、
以後前述した工程を使い形成された半導体集積回路装置
を図１３に示す。この半導体集積回路装置は、エミッタ
引き出し電極２４を形成する工程（図１２）の後で、前
述した従来例と同様に全面に絶縁膜２７を被着し、エミ
ッタコンタクト２８、ベースコンタクト２９およびコレ
クタコンタクト３２を形成し、エミッタ電極３０、ベー
ス電極３１およびコレクタ電極３３が形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
に示すようにエミッタ領域２６上の引き出し電極２４が
エッチングされて凹み部３４が形成され、拡散源が取り
除かれた分不純物が拡散しにくくなりエミッタ領域２６
の拡散深さが異なってしまう問題を発生した。この問題
は、図１２までで説明した従来例や図１３の従来例で発
生する問題であり、ここでは図１３を使って説明する。

【０００６】つまりエミッタコンタクト２８、ベースコ
ンタクト２９およびコレクタコンタクト３２の形成領域
に延在されている絶縁膜の膜厚差によるものである。つ
まりエミッタコンタクト２８の部分は、絶縁膜２７で覆
われているが、ベースコンタクト２９の部分は、絶縁膜
２７の他にＨＴＯ膜が載置され、コレクタコンタクト３
２の部分には、絶縁膜２７の他に熱酸化膜２０が載置さ
れている。従って、膜厚の薄いエミッタコンタクト２８
の部分が一番最初に開口されるため、コレクタコンタク
ト３２やベースコンタクト２９が完全に開口されると、
エミッタ引き出し電極２４がエッチングされ、凹み部３
４が形成される。

【０００７】従ってエミッタ領域２６の一部上にこの凹
み部３４が形成されると、エミッタの不純物がこのエッ
チングにより取り除かれるため、エミッタ拡散領域２６
の拡散深さが異なり、目的のｈFEが得られなかったりば
らついてしまう問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
に鑑みてなされ、サイドウォールで囲まれた開口部を介
して前記エミッタ領域とコンタクトした拡散源となる前
記エミッタ領域の取り出し電極を設け、エミッタ領域の
取り出し電極上にエッチングストッパー層を設けること
で解決するものである。

【０００９】エッチングストッパー層を設けることで、
従来のような凹み部を抑制でき、エミッタ領域の底面の
デコボコを抑止できる。ベースコンタクトに位置する絶
縁膜が厚く、コンタクト孔が完全に開くまでにエミッタ
領域の取り出し電極がエッチング雰囲気に晒されるが、
エッチングストッパー層（例えばシリコン窒化膜や導電
金属材）が形成されているため、凹み部が抑制され、ま
たは凹み部が形成されないため、エミッタ領域の拡散深
さに差を生ずることなく形成できる。

【００１０】またコレクタコンタクトに位置する絶縁膜
が厚い場合、コンタクト孔が完全に開くまでにエミッタ
領域の取り出し電極がエッチング雰囲気に晒されるが、
エッチングストッパー層（例えばシリコン窒化膜や導電
金属材）が形成されているため、凹み部が抑制され、ま
たは凹み部が形成されないため、エミッタ領域の拡散深
さに差を生ずることなく形成できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
〜図５を参照しながら説明する。まず図１を参照し簡単
に構造を説明する。ＬＯＣＯＳ酸化膜５２は、コレクタ
コンタクト領域５５とベース領域（活性ベース領域６１
と外部ベース領域５９から成る）を露出して形成されて
いる。前記外部ベース領域５９は、シリコン材料より成
る取り出し電極５７の不純物が拡散されて形成されてい
る。またこの取り出し電極５７の表面には絶縁膜５６が
設けられ、また活性ベース領域６１を露出した形状に成
っている。この活性ベース領域６１を露出している開口
部の側面には、サイドウォール６２が形成され、このサ
イドウォール６２でなる開口部が、エミッタの不純物の
通過口となる。このサイドウォール６２は、エミッタの
不純物をイオン注入する場合の注入孔であり、固体拡散
源による拡散の場合、導入孔形成のエッチングに於いて
マスクとなる。

【００１２】またベースコンタクト孔６５′に位置する
部分には、絶縁膜５６、６６が形成され、コレクタコン
タクト孔６７に位置する部分には、熱酸化膜５８と絶縁
膜６６が形成されている。またエミッタ領域の取り出し
電極６４のコンタクト孔６８に位置する部分には、絶縁
膜６６が形成されている。本発明の特徴は、エミッタ電
極７１のコンタクト孔６８の周囲にエッチングストッパ
ー層Ｓを設け、従来例で説明した凹み部を防止し、サイ
ドウォール６２で囲まれた開口部の真上にエミッタ電極
を載置する事にある。

【００１３】つまり取り出し電極６４の表面に、絶縁膜
６６よりもエッチングレートの遅い絶縁材料または導電
材料を設けることで、凹み部の形成を抑制するものであ
る。前者の場合、このエッチングストッパー層でエッチ
ングを停止することができ、その後エッチングストッパ
ー層のみをエッチングすれば、凹み部を抑制したコンタ
クト孔が実現できる。また後者の導電材料より成るエッ
チングストッパー層の場合、導電材料であるためこのエ
ッチングストッパー層が残るようにエッチングすればよ
い。

【００１４】従って、図１４で説明したエミッタ領域底
面のデコボコは発生せず、ｈFEの制御が容易となる。ま
たエミッタ領域の取り出し電極６４は、前記開口部上に
サイズを小さくして載置でき、ベースコンタクト孔６
５′をこの取り出し電極６４を囲んで形成できる。更に
はこの上にエミッタ電極が載置できるため、ベース、コ
レクタ電極の配置に融通性が利き、トランジスタサイズ
の縮小が実現できる。

【００１５】以下、図面を参照しながら製造方法を説明
してゆく。まず、図２を参照する。Ｐ型半導体基板５０
の上にエピタキシャル成長法によってコレクタとなるＮ
型の半導体層５１を形成し、半導体層５１の表面を選択
酸化して素子分離用のＬＯＣＯＳ酸化膜５２を形成す
る。ここでＬＯＣＯＳ酸化膜５２は、たんに厚い絶縁膜
に置き換えることもできる。５３はＮ＋型の埋め込み層
である。また、ＬＯＣＯＳ酸化膜５２の下部にはＮ型エ
ピタキシャル層を電気的に分離するトレンチ５４が形成
されているが、Ｐ＋型分離領域が形成されても良い。

【００１６】このＬＯＣＯＳ酸化膜５２は、予定のトラ
ンジスタの形成領域を囲み、コレクタコンタクト領域５
５と予定のベース領域５９，６１となる半導体層５１を
露出している。また全面にａ−Ｓｉが約２０００Åの厚
みでＣＶＤにより形成され、ＢＦ2がイオン注入されて
いる。予め、ａ−Ｓｉ形成ガス（Ｈ2とシリコンより成
るガス、例えばシラン）に不純物を入れても良いし、不
純物をデポジーションしても良い。ここでは、このａ−
Ｓｉを拡散源として使用すると共に、取り出し電極とし
て活用するため、抵抗値の制御や外部ベースの濃度制御
を正確に制御できるイオン注入が好ましい。

【００１７】ここで重要なことは、被着時にポリシリコ
ンが付着されるのではなく、Ｈ2とシリコンより成るガ
スでＬＰＣＶＤやプラズマＣＶＤを用い、その成膜温度
を低くしてａ−Ｓｉを被着することにある。最終工程の
段階では、この膜はａ−Ｓｉのままでも良いし、熱処理
が加えられた膜でも良い。（以上図２のを参照） 続いて、全面に絶縁膜５６を形成する。この絶縁膜５６
はＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜で約２０００
Åである。その後、両膜をエッチングし、予定の外部ベ
ース領域５９に対応する部分およびこの領域と隣接する
ＬＯＣＯＳ酸化膜５２上に取り出し電極５７を延在させ
る。また延在されたａ−Ｓｉは、後の不純物導入により
外部ベースからの取り出し電極５７および拡散源として
活用される。またこのエッチングの際、予定の活性ベー
ス領域に対応する半導体層表面は、ライトエッチングさ
れる。

【００１８】ここでａ−Ｓｉ膜およびａ−Ｓｉを熱処理
した膜で成るため、取り出し電極５７および予定の活性
ベース領域表面は、なだらかな表面に形成される。もし
膜５２がポリシリコンより成ると、グレインバンダリー
やグレインのエッチングスピードの違いから取り出し電
極５７の表面が凸凹になる。また活性ベース領域６１に
対応する膜がエッチングされるが、エッチングが半導体
表面に近づくにつれ、グレインバンダリーはきれいに無
くなるが、グレインが残る状態を作る。その結果、グレ
インの周囲に位置する半導体層が先にエッチングされ、
露出される半導体層５１表面は、凸凹な表面となる。こ
れは以下の拡散領域の形成工程に於いてその形状やコン
タクト抵抗を増大させる。

【００１９】しかし、ａ−Ｓｉ膜やａ−Ｓｉを熱処理し
た膜を使用したため、この凸凹が抑制される。続いて全
面を熱酸化し、ａ−Ｓｉ表面や半導体層５１表面に１０
０〜２００Å程度の熱酸化膜５８を形成する。この時点
で、ａ−Ｓｉ中の不純物が若干拡散され、外部ベース領
域５９が若干形成される。更にイオン注入のマスクとし
てレジスト６０を使い、前記熱酸化膜５８を介して、ベ
ースの不純物であるＢＦ2がイオン注入される。この結
果、後の熱処理工程により、活性ベース領域６１が形成
される。（以上図３を参照） 前述したように、予定の活性ベース領域６１表面は、凸
凹が抑制されているため、ここの拡散スピードは全ての
面で実質均一となる。

【００２０】続いて、予定のエミッタ領域の取り出し電
極６４とベース領域の取り出し電極５７との絶縁を考慮
し、全面に絶縁膜（例えば酸化膜）がＬＰＣＶＤやプラ
ズマＣＶＤで付着され、更に予定の活性ベース領域に対
応する側壁にサイドウォール６２が形成される。このサ
イドウォール６２もａ−Ｓｉで成り、全面に形成された
ａ−Ｓｉが異方性エッチングによりエッチバックされて
形成される。

【００２１】ここでサイドウォールを介してエミッタの
不純物をイオン注入しても良いが、ここでは固体拡散
（取り出し電極６４を使った拡散）を使用するため、活
性ベース領域６１表面の熱酸化膜５８をウェットエッチ
ングにより取り除いている。本工程は、前述したよう
に、ａ−Ｓｉ膜およびａ−Ｓｉを熱処理した膜でサイド
ウォール６２を構成するため、なだらかな表面のサイド
ウォールに形成することができる。ここで前者のイオン
注入では、このサイドウォールをマスクとしてイオン注
入される。また後者の固体拡散では、不純物導入孔を形
成するため絶縁膜５８がエッチングされる。どちらにし
ても、これら導入孔は、サイドウォール６２の形状に影
響されるが、本発明ではがなだらかであるため、凸凹を
抑制することができる。そのため、エミッタの面積、拡
散深さ等のバラツキが抑制されることになる。

【００２２】続いてポリシリコンまたはａ−Ｓｉで成る
シリコン膜が被着された後、エッチングストッパー層が
形成され、レジスト６３を介して予定のエミッタ領域の
取り出し電極６４がエッチングにより形成される。（以
上図４を参照） ここで、図４に示すように拡散源も兼ねたエミッタ領域
の取り出し電極６４は、シリコン膜の被着後、エミッタ
電極の抵抗値、エミッタ領域の不純物濃度が考慮され全
面にＡｓがイオン注入される。

【００２３】本発明のポイントは、エミッタ領域の取り
出し電極６４の上にエッチングストッパー層Ｓを配置し
たことにある。この層Ｓは、絶縁膜や導電材料が考えら
れる。両者共に絶縁膜６６よりもエッチングレートの低
いものが選択される。その結果、後のコンタクト孔６８
のエッチングで凹み部の形成を抑制又は防止できる。続
いて、ベース領域の取り出し電極５７のコンタクト６５
を形成するために、絶縁膜５６の一部がエッチングさ
れ、更に絶縁膜６６が全面に形成される。この絶縁膜６
６は、シリコン酸化膜、シリコングラス膜、シリコン窒
化膜でも良い。

【００２４】更に前記コンタクト６５′、コレクタコン
タクト６７およびエミッタ電極用のコンタクト６８を形
成するためにエッチングが行われる。ここのエッチング
では、ベースコンタクト孔とエミッタコンタクト孔に対
応する絶縁膜の厚差が同じであるが、コレクタコンタク
ト孔６７の熱酸化膜５８が介在している分、エミッタコ
ンタクト孔６８は、エッチング雰囲気に晒される。しか
しエッチングストッパー層Ｓが有るため、エッチングは
このエッチングストッパー層で止まる。ここでエッチン
グストッパー層が金属材料で有れば、この後エッチング
せずに残しておけばよいが、絶縁膜であれば図５に示す
ように、エッチングストッパー層を取り除く必要があ
る。しかしエッチングストッパー層のみ選択エッチング
すれば良いため、凹み部の深さを抑制できる。

【００２５】その後イオン注入用のマスク６９を使い、
露出されたコンタクト孔６５にＢＦ2がイオン注入され
る。これはベース領域の取り出し電極５７とのコンタク
ト抵抗を低下させるために行っている。（以上図５を参
照） ここでは、コンタクト孔６５を前もって形成せず、絶縁
膜６６と絶縁膜５６を一度にエッチングしても良い。ベ
ースコンタクト孔６５′に位置する絶縁膜５６、６６の
方が重なっている分他のコンタクト部分よりも厚く形成
されている。従ってベースコンタクト孔６５′が完全に
開くまで、エミッタコンタクト孔はエッチング雰囲気に
晒されるが、前述したようにエッチングストッパー層Ｓ
が介在しているため凹み部の抑制、または凹み部を無く
すことができる。

【００２６】また、コレクタコンタクト６７がＬＯＣＯ
Ｓ酸化膜を介して露出されれば、コレクタコンタクト６
７方が、絶縁膜は厚くなる。どちらにしてもコレクタコ
ンタクト６７およびベースコンタクト６５、６５′が完
全に開くまで、エッチングストッパー層が介在している
ため凹み部を抑制または無くすことができる。

【００２７】従って凹み部を抑制または無くすことがで
きるため、開口部の上に拡散源である引き出し電極６４
を配置するだけで、エミッタ領域の不純物を十分確保で
き、図１４のような凸凹の有るエミッタ領域の形成を抑
制できる。続いて、レジスト６９を除去し、基板全体を
熱処理する。この結果先にイオン注入したイオンを拡散
して活性ベース領域５９を形成し、同時にエミッタ領域
の取り出し電極６４からの固相拡散によりエミッタ領域
Ｅを形成する。エミッタ領域Ｅの拡散深さは０．５μ程
度で、エミッタ領域Ｅはサイドウォール６２によって更
に外側に形成される。

【００２８】その後、コンタクト孔のライトエッチング
を経て、ベース電極７０、エミッタ電極７１およびコレ
クタ電極７２が形成される。よって、微細加工した高周
波トランジスタを製造することができる。以上、本発明
の実施の形態では、ベース領域の取り出し電極５７とサ
イドウォール６２をａ−Ｓｉ膜またはａ−Ｓｉを熱処理
した膜で構成したが、エミッタコンタクトをエミッタ領
域の真上に置くことのみ考慮するならば、少なくとも一
方を、ポリシリコンにしても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、エッチングストッ
パー層をエミッタ領域の取り出し電極上に設けること
で、エミッタ領域を露出したサイドウォールで成る開口
部の上に凹み部を抑制したまたは無くした取り出し電極
が配置できる。従ってこの取り出し電極により拡散され
たエミッタ領域は、全面に渡りその拡散深さが均一にな
り、目的のｈFEが実現でき且つバラツキも抑制できるこ
とになる。

【００３０】また凹み部の位置がＬＯＣＯＳの上にずれ
るように取り出し電極を配置すれば、エッチングストッ
パー層は必要でなくなるが、トランジスタサイズに影響
を与える。本発明では、取り出し電極を開口部の真上に
のみ配置できるため、結局トランジスタのサイズを縮小
でき、またベースコンタクトを全周に渡り配置でき、コ
ンタクト抵抗を低減できるメリットも有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体集積回路装置を説明する断面図
である。

【図２】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明
する断面図である。

【図３】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明
する断面図である。

【図４】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明
する断面図である。

【図５】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を説明
する断面図である。

【図６】従来例の製造方法を説明する断面図である。

【図７】従来例の製造方法を説明する断面図である。

【図８】従来例の製造方法を説明する断面図である。

【図９】従来例の製造方法を説明する断面図である。

【図１０】従来例の製造方法を説明する断面図である。

【図１１】従来例の製造方法を説明する断面図である。

【図１２】従来例の製造方法を説明する断面図である。

【図１３】従来例の半導体集積回路装置を説明する断面
図である。

【図１４】図１３のエミッタ領域の形状を説明する概略
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体層上の第１の絶縁膜により露出さ
   れたベース領域と、 前記ベース領域を構成しその中央に形成された活性ベー
   ス領域および前記活性ベース領域を囲んで成る外部ベー
   ス領域と、 前記活性ベース領域の中に形成されたエミッタ領域と、 前記活性ベース領域を露出し前記第１の絶縁膜上に延在
   された前記外部ベース領域の取り出し電極と、 前記外部ベース領域の取り出し電極表面を覆い、前記活
   性ベース領域を露出した第２の絶縁膜と、 前記活性ベース領域を露出した前記第２の絶縁膜側面に
   設けられ、前記エミッタ領域を露出したサイドウォール
   で成る開口部と、 前記開口部を介して前記エミッタ領域とコンタクトした
   拡散源となる前記エミッタ領域の取り出し電極と、 前記エミッタ領域の取り出し電極上に設けられたエッチ
   ングストッパー層と、 前記エミッタ領域の取り出し電極および前記第２の絶縁
   膜上に被覆された第３の絶縁膜と、 前記外部ベース領域を露出したベースコンタクトと、 前記開口部の上で前記エミッタ領域の取り出し電極を露
   出したエミッタコンタクトと、 前記ベースコンタクトおよび前記エミッタコンタクトに
   設けられたベース電極およびエミッタ電極とを有するこ
   とを特徴とした半導体集積回路装置。
2. 【請求項２】 半導体層上の第１の絶縁膜により露出さ
   れたベース領域およびコレクタコンタクト領域と、 前記コレクタコンタクト領域を覆う薄い絶縁膜と、 前記ベース領域を構成しその中央に形成された活性ベー
   ス領域および前記活性ベース領域を囲んで成る外部ベー
   ス領域と、 前記活性ベース領域の中に形成されたエミッタ領域と、 前記活性ベース領域を露出し前記第１の絶縁膜上に延在
   された前記外部ベース領域の取り出し電極と、 前記外部ベース領域の取り出し電極表面を覆い、前記活
   性ベース領域を露出した第２の絶縁膜と、 前記活性ベース領域を露出した前記第２の絶縁膜側面に
   設けられ、前記エミッタ領域を露出したサイドウォール
   で成る開口部と、 前記開口部を介して前記エミッタ領域とコンタクトした
   拡散源となる前記エミッタ領域の取り出し電極と、 前記エミッタ領域の取り出し電極上に設けられたエッチ
   ングストッパー層と、 前記エミッタ領域の取り出し電極および前記第２の絶縁
   膜上に被覆された第３の絶縁膜と、 前記コレクタコンタクト領域を露出したコレクタコンタ
   クトと、 前記開口部の上で前記エミッタ領域の取り出し電極を露
   出したエミッタコンタクトと、 前記コレクタコンタクトおよび前記エミッタコンタクト
   に設けられたコレクタ電極およびエミッタ電極とを有す
   ることを特徴とした半導体集積回路装置。