JPS58100423A - 半導体装置の製造方法 - 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】 本発明は酸化物により素子または素子の一部を分離する
構造をもつ半導体装置の製造方法に関しとくにこのよう
な酸化物に少くとも二つのＰＮ接合を終端させて設ける
方法に関する。

半導体素子の小屋化のために厚い酸化物によって素子間
または素子内の領域間を分離した構造の半導体装置が最
近使われ始めている。このような半導体装置においては
ＰＮ接合を一つだけ厚い酸化物に＃！端させて設けるこ
とは比較的容易なために実用化されているが、二つまた
はそれ以上のＰＮ接合を互に比較的近接させて厚い酸化
物の同一の側に終端させることは非常に困難であった。

これは、従来の技術では近接したＰＮ接合のとくに酸化
物に終端する部分においた間隔が充分にコントロールで
きず、所定の特性が得られなかったりＰＮ接合同士が短
絡して素子が形成できなかったりするためである。

従って本発明の目的は、半導体主面に選択的に設けられ
た比較的厚い酸化物の同一の側に終端するようなＰＮ接
合を二つまたはそれ以上高い信頼度で形成することので
きる方法を提供するととＫある。

本発明は従来技術におげろＰＮ接合間隔の制御不能の原
因が、ＰＮ接合を形成しようとする領域の表面の絶縁膜
の除去にあるという知見に基ずくものである。厚い酸化
物を選択的に設けた半導体装置にあっては半導体領域表
面の絶縁膜除去の際に厚い酸化物の表面も除去するよう
なバタンか使われ、る。このため厚い酸化物の界面の表
面が除去されて半導体領域の表面のみならず屑の部分が
露出され、ここからも不純物が導入されるため形成され
たＰＮ接合は酸化物に終端する部分で特に深く屈折する
。二つ以上のＰＮ接合を作るために再び半導体領域表頁
を露出すると肩の部分がよりはげしく露出されて、二つ
目のＰＮ接合は酸化物で終端する部分がさらＫはげしく
屈折して先のＰＮ接合との間隔をきわめて小またはゼｐ
Ｋしてしまうのである。

本発明の特徴は半導体材料の一生面に選択的に埋設され
た比較的厚い酸化物で囲まれた半導体領域内の少なくと
も２つのＰＮｍ合が′、前記厚い酸化物の同一側面で終
端する構造を有する半導体装置の製造方法において、前
記ＰＮ接合のうち少なくとも１つを前記半導体領域の表
面を露出することな（イオン注入によって形成し、他の
１つを前記半導体領域の表面を露出しないように覆う絶
縁層の薄い領域をガラス層にその底部まで変換し、咳ガ
ラス層より半導体領域内に不純物を拡散して形成するこ
と半導体装置の製造方法にある。

又、上記半導体装置の製造方法において、前記ＰＮ接合
をイオン注入によって形成する工程が、前記酸化物によ
り囲まれた半導体領域の表面を覆う均一な厚さの絶縁層
を通して不純物を通して不純物をイオン注入法により注
入し、前記半導体領域の当初の導電型と異なる導電蓋の
第１の領域を形成する工程を含み、前記ＰＮｉ１合を不
純物を拡散して形成する工程が、前記半導体領域の表面
に厚さの異なる絶縁層を形成する工程と、不純物の熱拡
散により少なくとも半導体領域表面の相対的に薄い絶縁
層をガラス層に変換し、該ガラス層より前記第１領域中
に不純物を拡散して前記第１領域と異なる導電型の第２
領域を形成する工程とを含むことができる。

又、上記半導体装置の製造方法において、前記ＰＮ接合
をイオン注入、Ｋよって形成す本工程が、前記酸化物に
より囲まれた半導体領域の表面を覆う均一な厚さの絶縁
層を通して不純物をイオン注入法により注入し、前記半
導体領域の当初の導電型と異なる導電型の第１領域を形
成する工程を含み、前記ＰＮ接合を不純物を拡散して形
成する工程が、前記絶縁層の膜厚の一部を選択的に除去
し、薄い絶縁層を選択的に残す工程と、不純物の熱拡散
によ６少なくとも該薄い絶縁膜をガラス層に変換し皺ガ
ラス層より前記第１領域中に不純物を拡散して前記第１
領域と異なる導電型の第２領斌を形成する工程とを含む
ことができる。

このよ５にすればＰＮ接合の終端の間隔は他の部分の間
隔とｉｔ　ｘ同じに保たれ、より完全な信頼性が得られ
る。

以下本発明の原理、目的、特徴がより明確になるように
本発明につき図面を用いて詳細に説明する； まずｔａ１図を参照して従来の方法ならびＫその欠点を
説明する。第１図Ｉｎ示午ようＫ、まず半導体基板或い
はエピタキシャル層１の表面を酸化して、５００〜１０
００人程度の薄い酸化物２を形成し、８ｉ、Ｎ、膜３を
１０００〜２０００人程度の膜厚で設ける。この８ｉｍ
Ｎ、膜３をさらＫその上に設けた酸化シリコン膜４をマ
スクにして熱リン酸にて選択的に除去する。次にこの８
ｉ、Ｎ＜膜３をマスクにして比較的低温での長時間酸化
により１〜２μ程度の比較的厚い分離酸化物５を形成し
、島状の半導体領域１′を残す。この場合、酸化後の表
面を平担にするために予め酸化すべき部分の半導体材料
ｌを所定の深さまで除去しておく事が行なわれる。次に
第１図ＢＫ示すように酸化シリコン膜４と８　ｉｌ　Ｎ
ａ　ＩＩ　３　ヲ除去した後、３０００〜４０００Ａ程
度の酸化シリコン膜６を活性領域１′の表面に形成する
。そして第１のＰＮ接合を形成するためのフォトレジス
トアが設けられ、酸化膜６が選択的に除去される。この
時、位置合せ余裕度を大きくとるためｋ、かつセル７ア
ラインの利点を生かすためにフォトレジスト７のエツジ
は分離酸化物領域５０部分Ｋまで拡がって位置する。こ
のため活性領域１′の表面の酸化膜６が除去された時に
、ｆＩＥ１図ＣＫ８で示した様に厚い酸化物５の一部が
同時に除去されるため活性領域ｌ′のｒｌＮＪの部分Ｓ
が露出する。こρ状態で第１図Ｉｎ示すように活性領域
１′の露出表両から不純物を拡散し第１の接合９を形成
する。この結果活性領穢内に形成された第１のＰＮ接合
９のうち厚い酸化物５に終端する部分９′は余分に拡散
が進むため下方に屈曲する。このような変形は第１図Ｃ
で酸化シリコン膜６を選択的に除去する際、島状活性−
領域１′と埋設酸化膜５との間での自己整合を利用する
為に起こるものである。即ち島状領域１′の表面の酸化
シリコンｌ１６を７オトレジスト７をマスクにして除去
する際、島状領域１′の肩Ｓに沿って埋設酸化膜５が余
分に除去される結果によるものである。これは島状領域
１′の表面の酸化シリコン膜６を完全に取り去る為に必
ず発生する現象である。次に島状活性領域１′の表面に
再び３０００〜４０００Ａ程度の酸化膜１０を形成する
。この時分離酸化物５は既に充分膜厚があるため僅かし
か膜厚が増加しない。

続いて第１図ＢＫ示すように第２のＰＮ接合を設けるた
めのフォトレジスト１１を酸化物５、ｌＯ上に設け、活
性領域ｌ′衣表面酸化膜ｌＯを選択的に除去する。この
時フォトレジスト１１のエツジの少なくとも一辺は再び
位置合せの余裕度を大きくとるために分離酸化物５の上
に位置する。従って再び酸化Ｊｌｌ！１０を除去すると
１２に示す様に分離酸化物５も除去され島状領域のＪｉ
ＩＳが再び露出する。しかも今回はその程度が前に比べ
て大きくなる。これは分離酸化物５に近接する部分は前
工程で１ｐ４Ｓが露出した部分が表面と同じ酸化膜厚で
、かつすぐその下部も殆んど酸化膜厚が同じなので深く
酸化物が除去されるからである。この様にして開けられ
た酸化膜５．１０の開口部１２かも第２の接合を形成す
るために拡散を行なうと、第１図Ｆに示すように第２の
ＰＮ接合１３は分離酸化物５に終端する部分１３′でさ
らに大きく屈曲し、嬉１のＰＮ接合９と交叉してしまい
、所望の特性が得られない。

上記の様に、従来法の欠点は写真蝕刻工程に於いて分離
用埋設酸化膜が余分に除去されるところＫある。それ故
、本発明は埋設酸化膜が余分に除去されないようＫする
ところＩＩＣＩＦ＃黴がある。即ち埋設酸化膜の余分な
除去は島状半導体領域の表面の酸化膜の除去を行なえば
必ず発生する現象であるので、島状半導体領ｆｉＫＰＮ
接合を形成する際に表面の酸化膜を除去しないことを特
徴とする。

このよ５にすれば、常に島状半導体領域表面が酸化膜で
覆われた状態のままであるためこの領域の「肩」の露出
がなく、従りてセルファラインの利点をそのまま生かせ
るマスク寸法の設計が可能でかつＰＮｍ合の短絡不良が
起らず、分離酸化物でＰＮ接合が終端する半導体装置な
高収率でしかも所望の特性をもつように得られる。本発
明では二つ以上のＰＮ接合の形成において常に表面を露
出しないのが望ましいが、・これらＰＮ接合のうち一つ
のＰＮ接合の形成の際に表面を露出しても実質的に所望
特性のものを得ることができる。

次に本発明の詳細な説明する。

まず第２図Ａｍ示すよｊＫＮ型シリコン基板３００の一
生面にシリコン酸化１１３ｏｚ、３ｏ２’（元来は同じ
もの）−を設け、さらＫその上にシリコン窒化膜を被着
させ、これを選択的に除去して得た残余シリフ／窒化膜
３０３，３０３’をマスクにしてシリコン基板３００の
熱酸化を行ない、シリコン基板３００に埋設されたシリ
コン酸化膜３０１゜３０１’、３０１を形成してシリコ
ン基板３０００表面を島状の二つの領域３００′・３０
０”Ｋ分離する。この時、シリコン窒化膜はモノシラン
と７ンモニ７の７８０℃での熱反応により、１２００Ａ
の厚さに成長させ、又該シリコン窒化膜の下の薄いシリ
コン酸化膜３０２．３０２’は熱酸化により５００Ａの
厚さに成長させる。次に第２図Ｂに示すようにシリコン
窒化膜３０３．３０３’をフレオン雰囲気中でプラズマ
エツチングにより除去した後、再びシリコン基板の熱酸
化を行ない、各島状領域３００’、３００″表面の５０
０人の厚さであったシリコン酸化膜３０２．３０２’を
３０００への厚さのシリコン酸化膜３２０．３２０’に
する。その後、写真蝕刻法により片方の島状シリコン基
板領域３００′以外の表面を約０．５μ（ミクロン）以
上のホトレジスト膜３０５で覆い、このホトレジスト膜
３０５及び埋設酸化膜３０１．３０１をマスクにして島
状シリコン基板領域３００″にイオン注入法により硼素
原子を注入してペース領域３０７を形成する。この時の
イオン注入の条件はエネルギーを１００ＫｅＶ、　ドー
ズ量を２　Ｘ　１０”　７ｃｍ”にするのが適当である
。次に第２図ＣＫ示すように前記のホトレジスト膜３０
５を除去し；高温処理により、アニールしたあと再びホ
トレジストＨ３Ｏ８を選択的に形成する。次に第２図Ｄ
Ｋ示すようにホトレジスト膜３０８をマスクにして島状
シリコン基板領域３００’、３００”表面のシリコン酸
化膜３２０．３２０’と埋設シリコン酸化膜３０１．３
０１とを部分的に除去し、島状シリコン基板領域３００
′・３００′表面の酸化膜厚を部分的に５００Ａｋする
。

この状曹でリンの熱拡散をすると表面のシリコン酸化膜
はリンガラス層３３０に変換する。この際、薄くされた
５００Ａ厚のシリコン酸化膜は全てリンガラス層３３０
に変換するが、その他の部分はシリコン酸化膜が厚い為
シリコン酸化膜の全てがリンガラス層３３０に変換しな
い。さらにこのリンガラス層３３０がシリコン基板と接
している所では、シリコン基板中へリンの拡散が行なわ
れ、これにより、ペース領域３０７中にエミッタ領域３
１０が、又他方の島状シリコン基板領域３００”中にフ
レフタ電極取り出し用高濃度Ｎ聾領域３１１が形成され
る。次に表面に形成されたリンガラス層３３０を除去し
、再び熱酸化をして、シリコン基板表面をシリコン酸化
膜３３１で覆う（第２図Ｆ）。

シリコン基板表面を覆っているシリコン酸化膜３３１に
選択的にシリコン基板に達する開孔部を設け、コレクタ
、エミッタ、ペース６領ｆｉ３１１・３１０．３０７の
外部取り出し電極用の開孔部とする（第２図Ｇ）。次Ｋ
、これら開孔部を覆って金属薄膜な被着させ、ペース領
域３０７、エミッタ領域３１０及びフレフタ領域３１１
の外部取り出し電極３４０，３４１．３４２を形成する
（第２図Ｈ）。

第２図の実施例は、シリコン酸化膜を部分的に除去して
薄（する（第２図Ｄ）という技術的にやや困難な製造方
法を用いるものであるが、第３図、第４図の実施例はこ
れを解消した容易な製造方法である。

第３図に挙げた実施例を説明する。

まず、ＰＩｌシリコン基板（図示しない）上に形成され
たＮ型シリコンエピタキシャル層４００の一生面にシリ
フン酸化膜４０２，４０２′を設け、さらにその上にシ
リコン窒化膜を被着させ、これを選択的に除去して得た
残余シリコン窒化膜４０３、４０３′をマスクにしてエ
ピタキシャル層４００の熱酸化を行ないシリコン層４０
０に埋設されたシリコン酸化膜４０１，４０１’、４０
１″を形成し、シリコン層４００の表面を島状領域４０
０′、４００”に分離する（第３図Ａ）。この時のシリ
コン窒化膜はモノシランとアンモニアの７８０℃での熱
反応により１２００人成長させ、又、該シリコン窒ｊヒ
膜の下のシリコン酸化膜は熱酸化により５０ＯＡの厚さ
に成長させる。次に写真食刻法により一部の島状シリコ
ン領Ｍ　４００’以外の表面を約０．５μ以上のホトレ
ジスト膜４０５で覆い、このホトレジスト膜４０５及び
埋設酸化膜４０１，４０１’をマスクにしてシリコン窒
化膜４０３及びシリコン酸化膜４０２を通してイオン注
入法により硼素原子を島状領ＪｉｉＲ４００’内に注入
し、そこにベース領域４０７を形成する（第３図Ｂ）。

この時のイオン注入の条件はエネルギーを１００　Ｋｅ
ｙ、　　ドーズ量を２　ｘ　１０”　／ｃｍ’　４Ｃす
るのが適当である。次にホトレジスト膜４０５を除去し
、高温処理により７二−ルしたあと、再びホトレジスト
膜４０８を選択的に形成する。このホトレジスト膜４０
８をマスクにしてフンオン雰囲気中でプラズマエツチン
グを行ないエツチング速度の差を利用して、ホトレジス
ト膜４０８で覆われていないシリコン窒化膜を除去しそ
の下のシリコン酸化膜４０２゜４０２′を露わす（第３
図Ｃ）。゛この露出したシリコン酸化膜４０２．４０２
′は５００Ａという薄さであるためホトレジスト膜４０
８を除去した後、リンの熱拡散をすると、これら５００
人の露出したシリコン−化膜４０２，４０２’は全てリ
ンガラス層４３０に変換し、このリンガラス膜４３０よ
り島状シリコン領域４００′、４００”中にリン原子が
拡散され、これにより、ベース領域４０７中にエミッタ
領域４１０が、又、ベース領域４０７に隣接する島状シ
リコン領域４００”中Ｋ、コレクタ電極取り出し用高濃
度Ｎ！ｌ領域４１１．が形成される（第３図Ｄ）。しか
るに、埋設シリコン酸化膜４０１．４０１′、４０１“
で覆われた領域はその膜厚が厚い為、表面の一部にのみ
リンガラス層に変換するだけでシリコン中には拡散され
ないしシリコン窒化膜４０３で覆われた領域はシリコン
窒化膜がシリコン酸化膜に比し、リンガラス層に変換さ
れにくい為、シリコン窒化膜の表面のわずかのみがリン
ガラス層に変換するだけで、リンはシリコン中に拡散さ
れない。リンガラス＠４３０を除去し、再び島状シリコ
ン領域表面をシリコン酸化膜４３１で覆った後、残余シ
リコン窒化膜４０３をフレオンのプラズマエツチングに
より除去する（第３図Ｅ）。次に島状シリコン領域表面
を覆っているシリコン酸化膜に選択的にシリコンに達す
る開孔部を設け、ベース、エミッタ、コレクタの各領域
４０７．４１０．４１１の外部取り出し電極用の開孔部
とする（第３図Ｆ）。次にこれら開孔部を覆って金属薄
膜な被着させ、ベース、エミッタ、及びコレクタ各領域
４０７．４１０．４１１の外部取り出し用電極４４０．
４４１．４４２を形成する（第３図Ｇ）。

次に第４図に挙げた実施例を説明する。

まずＮ型シリコン基板５００の一生面にシリコン酸化膜
５０２．５０２′さらＫその上にシリコン窒化膜を被着
させ、選択的に除去して得た残余シリコン窒化ＪｉＩ５
０３．５０３′をマスクにして、熱酸化を行ないシリコ
ン基板に埋設された、シリコン酸化膜５０１．５０１′
、５０１″を形成し、シリコン基板５００の表面を島状
領域５００．５００に分離する（第４図Ａ）。この時の
シリコン窒化膜はモノシランと７ンモニ７の７８０℃で
の熱反応により１２００Ａ成長させ、又、シリコン窒化
膜の下のシリコン酸化膜は熱酸化により５００人の厚さ
に成長させる。次に写真食刻法により、一部の島状シリ
コン基板５００′以外の表面を約０．５μ以上のホトレ
ジスト膜５０５で覆いこのホトレジスト膜５０５及び埋
設酸化膜５０１，５０１をマスクにして、島状領域５０
０′表面をおおうシリコン窒化膜５０３及びシリコン酸
化膜５０２を通してイオン注入法により硼素原子を島状
領域５００に注入し、そこにベース領域５０７を形成す
る（第４図Ｂ）。この時のイオン注入の条件はエネルギ
ーを１００　ＫｅＶ、ドーズ量を２　Ｘ　１０′’／ｄ
　ＶＣするのが適当である。次に１ホトレジスト膜５０
５を除去し、高潟処浬により、アニールしたあと、再び
ホトレジスト膜５０８を選択的に形成する。このホトレ
ジスト膜５０８をマスクにして、フレオン雰囲気中でプ
ラズマエツチングを行ない、エツチング速度の差を利用
して、ホトレジスト膜５０８で覆われていないシリコン
窒化膜５０２を除去しその下のシリコン酸化膜５０２を
露わす（第４図Ｃ）。再び表面のホトレジス）１１５０
８を除去したあと残余シリコン窒化膜５０３．５０３′
をマスクにして、熱酸化することＫより、前段階で露わ
れた５００人の薄い酸化膜５０２を約３０００Ａの厚さ
のシリコン酸化膜５２０に成長させる（第４図Ｄ）。残
余シリコン窒化膜５゛０３．５０３′を除去することＫ
より、その下のシリコン酸化膜５０２．５０２′を表面
に出す、（第４図Ｆ、）。露出したシリコン酸化膜は５
００人と薄い為、リンの熱拡散をすると、これらシリコ
ン酸化膜は全てリンガラス層５３（ＨＣ変換し、このリ
ンガラス層５３０からシリコン島状領域中にリン原子が
拡散され、これＫより、ペース領域５０７中にエミッタ
領域５１０が、他方の島状シリコン基板５００″中にコ
レクタ電極取り出し用Ｎ型高濃度領域５１１が形成され
る（第４図Ｆ）。しかるＫ、その他のシリコン基板領域
は表面のシリコン酸化膜が厚い為シリコン酸化膜表面の
一部のみがリンガラス層に変換するだけで該領域には拡
散されない。リンガラス層５３０を除去し、再びシリコ
ン基板表面をシリコン酸化膜５２１で覆う（第４図Ｇ）
。次に、シリコン基板表面を覆っているシリコン酸化膜
に選択的にシリコン基板に達する開孔部を設はペース、
エミッタ、コレクタの各領域５０７．５１０．５１１の
外部取り出し電極用の開孔部とし、これら開孔部を覆っ
て金属薄膜を被着させ、ペース、エミッタ、及びフレフ
タ各領域の外部取り出し電極５４０．５４１．５４２を
形成する（第４図Ｈ）。

上記の実施例ではＮＰＮ型トランジスタを形成する方法
について説明したが、導電型を逆にすれば同様の方法で
ＰＮＰ型トランジスタを形成できることは勿論である。

又、高速トランジスタに使われているウオツシユド・エ
ミッタ（Ｗａｓｈｅｄ　ｅｍｉｔｔｅｒ）構造のトラン
ジスタにも適用で縁る。又、トランジスタのみならず、
ダイオード、及びこれらを使った集積回路装置にも適用
できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｆは従来法の欠点を説明するための従来の製
造法の主な製造工程の断面図、第２図Ａ〜１（、第３図
Ａ−Ｇ、第４図Ａ〜Ｉｆはそれぞれ本発明の実施例の半
導体装置の製造方法の主な製造工程の断面図である。 ３００．４００，５００・・・・・・　Ｎ型シリコン基
板、３０７．４０７．５０７・・・・・・　Ｐ型領域、
３１０．４１０．５１０・・・・・・　Ｎ型領域、３０
１％４０１．．５０１・・・・・・　酸化膜。 早　／　図 第３８ 第４　′＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体材料の一主面に選択的に埋設された比較的厚
   い酸化物で囲まれた半導体領域内の少なくとも２つのＰ
   Ｈ１０合が、前記厚い酸化物の同一側面で終端する構造
   を有する半導体装置の製造方法において、前記ＰＮ接合
   のうち少なくとも１つを前記半導体領域の表面を露出す
   ることなくイオン注入によって形成し、他の１つを前記
   半導体領域の表面を露出しないように覆う絶縁層の薄い
   領域をガラス層にその底部まで変換し、該ガラス層より
   半導体領域内に不−細物を拡散して形成することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。 ２　前記ＰＮ接合をイオン注入によって形成する工程が
   、前記酸化物により囲まれた半導体領域の表面を覆う均
   一な厚さの絶縁層を通して不純物を通し工、不純物をイ
   オン注入法により注入し、前記半導体領域の当初の導電
   型と異なる導電型の第１領域を形成する工程を含み、前
   記ＰＮ接合を不純物を拡散して形成する工程が、前記半
   導体領域の表面に厚さの異なる絶縁層を形成する工程と
   、不純物の熱拡散により少なくとも半導体領域表両の″
   相対的に薄い絶縁層をガラス層に変換し、該ガラス層よ
   り前記第１領域中に不純物を拡散して前記第１領域と異
   なる導電型の第２領域を形成する工１とを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製
   造方法。 ３、　前記ＰＮｍ合をイオン注入によって形成する工程
   が、前記酸化物により囲まれた半導体領域の表面を覆う
   均一な厚さの絶縁層を通して不純物をイオン注入法によ
   り注入し、前記半導体領域の当初の導電型と異なる導電
   型の第１領域を形成する工程を含み、前記ＰＮ接合を不
   純物を拡散して形成する工程が、前記絶縁層の膜厚の一
   部を選択的に除去し、薄い絶縁層を選択的に残す工程と
   、不純物の熱拡散により少なくとも該薄い絶縁膜をガラ
   ス−＊−ｙ変換し該ガラス層より前記第１領域中に不純
   物を拡散して前記第１領域と異なる導電型の第２領域を
   形成する工程とを含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の半導体装置の製造方法。