JPS5879762A - サブミクロンバイポ−ラトランジスタ及びその製造方法 - 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、バイポーラトランジスタに関するものであっ
て、更に詳報には、従来のものよりも一層小型のバイポ
ーラメモリセルに使用することが可能なバイポーラトラ
ンジスタに関するものである。

半導体物質から構成される一複数個のポケットであって
、その各々に１個又はそれ以上の回路要素を形成するこ
とが可能な複数個のポケットを互いに電気的に分離させ
る種々の方法が提案されている。これらの種々の分離方
法に於ける２つの目的としては、能動デバイスを形成す
る為に使用可能なシリコンの全面積に対して分離領域の
寸法を減少させることと、能動デバイスの寸法を減少さ
せることである。従来の分離技術としては、適切にバイ
アスさせたＰＮ接合を使用するもの（１９６４年１月７
日に発行されたＮ　ｏｙｃｅ　　の米国特許第３，１１
７．２６０号）、ＰＮ接合と真性及び非真性半導体物質
領域との組合せを使用するもの（１９６４年９月２２日
に発行されたＮ　ｏｙｃｅの米国特許第３，１５０，２
９９号）、絶縁分離を使用するもの（１９６８年７月２
日に発行されたＦ　ｒｅｓｃｕｒａの米国特許第３．３
９１，０２３号）、メサエッチングを使用するもの（１
９７０年１月１３日に発行されたＦ　ｒｅｓｃｕｒａ等
の米国特許第３．４８９，９６１号）、及び反対導電型
の単結晶シリコンで形成された島状部の間に選択的にド
ープしたポリシリコンを使用するもの（１９７３年５月
２９日に発行されたＴ　ｕｃｋｅｒ及びＢ　ａｒｒｙの
米国特許第３．７３６，１９３号）等がある。集積度を
上げる上で大きく貢献したものとしては、ｐｅｌｔｚｅ
ｒによって提案された構成及び方法があり、エピタキシ
ャル層を貫通しその下方に於いて横方向に延在する分離
用ＰＮ接合へ延在する格子状のエピタキシャルシリコン
からなる酸化領域によってエピタキシャルシリコンの薄
層を電気的に分−させたポケットへ分割させるものであ
って、１９７２年３月７日に発行された米国特許第３，
６４８，１２５号に開示されている。

Ｐｅ１ｔＺｅｒの知見したところによれ、ば、分離を行
なう為及び能動半導体デバイスを形成する為に拡散領域
を使用することは、多くの適用場面に於いて所望とされ
るところのものよりも一層大型で且つ画定性の良くない
回路を構成させることとなるので、拡散分離領域をフィ
ールド酸化膜と置換させている。

Ｓ　ｗｉｔｈの米国特許第４，０２５，３６４号の技術
はＰｅ１ｔｚｅｒの技術を更に改良したものであって、
■ビタキシャル抵抗、ベース抵抗、縦型トランジスタベ
ースを同時に形成する為にイオン注入技術を使用してい
る。その結果、デバイス寸法を更に減少させ且つ製造工
程に於ける複雑性を緩和させている。

１９７８年９月５日に発行されたＭ　１ｃｈｅ１等の米
国特許第４．１１１，７２０号は、非エピタキシャル型
のバイポーラ業積回路の製造方法を開示している。この
特許によれば、先ず、一方の導電型を有するシリコン基
板内に凹に酸化シリコン領域を形成する。これらの凹設
二酸化シリコン領域は、基板内に延在しており、且つ横
方向に於いて一方の導電型を有する少なくとも１個のシ
リコン基板領域によって取囲まれている。次いで、イオ
ン注入を行な゛りて横方向が凹設二酸化シリコン領域に
よって完全に取囲まれている反対導電型を有する第１鋼
域を形成する（この第１領域のドーパント濃度のピーク
は第１鋼域の表面よりも下方に位置している）。次いで
、表面から反対導電型の第１領域内に延在し第ｉｓ域の
濃度ピークと表面との閤の点に到達する迄延在させて一
方の導電型の第２領域を形成する。最後に、表面から一
方の導電型を有する第２領域の途中まで延在させて反対
導電型を有する第３領域を形成する。Ｍｌｃｈｅｌ等の
特許に開示されている方法は、少なくともＩＭｅＶのエ
ネルギレベルのイオンビームを使用し、第１領域に於け
る濃度のピークを表面から少なくとも１Ｐの位置に設定
させるものである。一方、二液化シリコン領域は基板内
へ約５ｊｌＩＩの深さに形成している。基板にエピタキ
シャル層を設けない構成とすることにより高濃度工程を
１つ取除いている。高濃度工程を使用した場合には、基
板内でエピタキシャル層の下側に拡散形成した補助コレ
クタ（コレクタ電流を通流させる為の低抵抗導通路）の
位置を実質的に変化させてしまう。イオン注入技術をか
なりの程度使用しているにも拘わらず、１掲のＭｉｃｈ
ｅｌ等の特許に開示されている構成は、超ＬＳＩ回路に
於いて必要とされる集積度と比較すると尚且つかなり大
型の寸法を有するものである。

分離されたシリコン物質からなり隣接する島状部の闇に
不本意にチャンネルが形成されることを防止する為に、
従来技術に於いては、シリコン物質からなる隣接する島
状部の間に存在する分間領域の下側に一層高度にドープ
したチャンネルストップ領域を設けている。米国特許第
３，７４８，１８７号は、チャンネルストップ領域を形
成する方法を開示しており、その方法によれば、ウェハ
表面上にマスクを形成し、下側に存在するシリコン物質
内に形成すべき溝の上方に位置したマスク部分を除去し
、マスクの横方向部分をエツチングによってアンダーカ
ットする方法によってシリコン物質内に溝を形成する。

次いで、露出された溝底部に不純物でイオン注入を行な
う。その場合に、シリコン物質からなる島状部から延在
するマスクのオーバーハング即ち突出部がその下側に存
在する溝の部分を選択ドーパントでイオン注入されるこ
とから保護する。従って、溝の底部に於ける基板の一層
高度にドープした領域は、該一層高度にドープした領域
の上方に形成すべきフィールド酸化膜の両側に於いて能
動デバイス（例えば、ソース、ドレイン、エミッタ、ベ
ース）の拡散領域から横方向に離隔されることとなる。

次第にイオン注入技術が使用される傾向と相俟って、Ａ
　ｒａｒａｚ　−Ｇ　ｕｅｒｅｎａ等の米国特許第、３
，８４１．９１８号は、マスクを介してエピタキシャル
層内に不純物をイオン注入させ、良好に制御された数の
不純物従って良好に制御された抵抗を有する深い′コレ
クタコンタクト領域を形成させている。しかしながら、
この特許に開示されている技術も必ずしも十分に満足の
いくものではなく、本発明に於いてイオン注入技術を使
用することによって得られる顕著な効果が得られるもの
ではない。

本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、改良
された半導体装置、特にバイポーラトランジスタ及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の１特徴によれば、改良された半導体装置を提供
するものであって、前記半導体装置が、上表面を有する
第１導電型のシリコン基板を有しており、デバイスのフ
ィールドに於いてシリコン、基板の熱酸化部分によって
形成されたフィールド酸化領域を有しており、前記基板
内に形成されたシリコン物質からなる複数個の島状部を
有しており、各島状部は前記フィールド酸化領域の選択
したものによって隣接する島状部から分離されており、
前記島状部の各々に形成され前記第１１電型とは反対の
導電型を有する第１領域を有しており、前記第１領域の
各々は前記島状部の対応する１個の島状部内に延在する
と共に前記フィールド酸化領域によって横方向境界が画
定されており、前記各第１領域内に於ける不純物濃度の
ピークが前記表面から１部以内の位置に設定されており
、前記第１領域の選択したものの中に第１導電型を有す
る第２領域が形成されており、前記第２領域の選択され
たものの中に反対導電型を有する第３領域が形成されて
おり、前記第１領域、第２領域、第３領域の各々がイオ
ン注入によって形成されていることを特徴とする装置。

本発明の別の特徴によれば、第１導電型を有する基板内
に半導体デバイスを形成する方法を提供するものであっ
て、前記基板内に選択不純物をイオン注入させることに
よって前記基板内に反対導電賃を有する第１１１域を前
記基板の表面から前記基板の選定深さに延在させて形成
し、前記基板内に溝を形成して半導体物質からなり前記
基板内に選定深さに形成された溝によって分離されると
共にその中に能動領域を形成すべき島状部を前記基板内
に残存させ、前記溝内に選択不純物をイオン注入させて
前記基板内に前記第１導電型の第２領域を形成すると共
に前記島状部の各々の中に於いて反対導電型の前記第１
領域を他の島状部に於ける前記第１領域の部分から電気
的に分離させ、前記第２領域のイオン注入の後に前記ウ
ェハをアニーリングし、前記ウェハな酸化して前記溝上
に約ＩＪ−１を越えることのない厚さの酸化物層を形成
して半導体物質からなる前記島状部の各々に於ける前記
酸化物の横方向浸蝕を最小とさせ、前記第１領域内に前
記第１導電型のイオンを注入することによって前記第１
領域内に前記第１導電型を有するベース領域を形成し、
前記ベース領域内に前記第２導電型の不純物をイオン注
入させて前記第１領域内に延在するベース領域の深さよ
りも浅い選定距離に亘って前記ベース領域に延在させて
前記エミッタ領域を前記ベース領域内に形成し、前記ベ
ース領域が形成されていない前記第１領域の部分にコレ
クタコンタクトを形成し、前記半導体物質からなる島状
部の各々の上表面上に絶縁層を形成し、前記エミッタ領
域、前記ベース領域、前記第１領域の選択部分へのコン
タクトを形成する、上記各工程を有することを特徴とす
るものである。

本発明の別の特徴に於いては、半導体物質内に不純物を
注入する方法を提供するものであって、その方法が、イ
オンを注入すべき半導体物質の部分の上に保護物質層を
前記保護物質層を介して下側に存在する半導体物質内に
イオンを注入させることを許容する厚さに形成し、前記
保護物質層の下側に存在する前記半導体物質内にイオン
を注入させる、上記各工程を有することを特徴とするも
のである。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。尚、以下の記載は単に例示的
なものであって、、何等本発明の技術的範囲を制限する
ことを意図してなされているものではない。又、本発明
に添付した図面は、第３Ａ図及び第３Ｂ図を除いて同一
の寸法比をもって描かれているものではなく、更に本発
明によって構成された集積回路の１部を図示するに過ぎ
ないものである。

第１Ａ図は半導体基板１０を示している。本発明の１実
施例によれば、中程度のエネルギを有する燐イオンをＰ
−型基板１１の全面にイオン注入させて、基板１０の表
面１０ａの下方にＮ十導電型領域１２を形成している。

１Ｘ１０’原子数／Ｃ１２のドーズ量及び０．５時間で
１，０００℃の加熱サイクルを使用するイオン注入によ
って、約１×１０１６原子数／Ｃ−３のＮ型表面濃度及
び約ｓ、ｏｏｏ人の深さに於いて約２×１０　原子数／
Ｃ−３のピーク濃度を形成する。このイオン注入によっ
て、１μの深さのＰ型表面層１１をＮ型層１３に変換さ
せると共に、Ｎ生埋設層１２を形成する。この状態を第
１Ａ図に示しである。Ｎ土層のピーク濃度は表面１０ａ
下方約ｓ、ｏｏｏ人の位置に設定される。

（この様なシート注入を能動デバイス領域が酸化分離に
よって後に画定される基板内に注入することが可能であ
り、一方酸化分離領域をイオン注入の前に形成すること
も可能である。） 次いで、基板を酸化して酸化物層１４を形成する。窒化
シリコン層１５を酸化物層１４の上に付着形成し、第１
Ｂ図に示した如く、シリコン酸化物１４とシリコン窒化
物１５の複合層を構成する。

半導体ウェハを酸化する技術及び窒化シリコン層を付着
形成する技術は半導体技術に於いて公知であり、従って
ここに於いてはその詳細な説明を割愛する。

次いで、ホトレジスト１６を使用して酸化シリコン１４
と窒化シリコン１５の複合層をパターン形成し、ウェハ
上に能動デバイス領域を画定する。

この場合に、スタンダードなホトリソグラフィ技術を使
用して行なう。次いで、公知のプラズマエツチング技術
を使用して酸化シリコン１４と窒化シリコン１５の複合
層を除去して酸化シリコン層１４の下側に存在するシリ
コン基板１ｏの上表面１０ａを露出させる。次いで、公
知なプラズマエツチング技術を使用してシリコン１ｏの
１部を除去し、能動デバイスを形成すべき半導体物質か
らなる各領域１０ｂを取巻くシリコン内に溝１８ａ及び
１８ｂを形成する。シリコン物質からなる領域１０ｂは
、酸化シリコン１４と窒化シリコン１５の複合層を上表
面上に残存させてその下方に存在するシリコン領域がエ
ツチングされることを保護することによって画定される
。第１Ｂ図に示した如く、窒化シリコン層１５の上にホ
トレジスト層１６が設けられており、ホトレジスト層１
６を使用して酸化シリコン層１４及び窒化シリコン層１
５を夫々パターン形成する。ホトレジスト１６としては
Ａ　２１３５０Ｊを使用すると良い。

プラズマエツチングを行なうことによって、半導体物質
からなりその中に能動デバイスを形成すべき島状部の隣
接する島状部間に溝１８８及び１８ｂを形成する。プラ
ズマエツチングを使用して溝１８８及び１８ｂを形成す
る場合に、エツチング条件（即ち、基板バイアス及びプ
ラズマ用の適当な気体混合物）を調節して絶縁層のオー
バーハング即ち突出部が爾侵のフィールド注入に於ける
イオン注入に対するマスクとして機能する様にさせる。

一方、従来のウェットな化学エツチング技術を使用して
公知の方法によって酸化シリコン層１４、Ｍ化シリコン
層１′５．ホトレジスト層１６の端部１４ａ、１５ａ、
１６ａ、１４ｂ、１５ｂ。

１６ｂの下側に於いてシリコン１０にアンダーカッティ
ングを発生させて溝を形成することも可能である。これ
ら酸化シリコン層、窒化シリコン層。

ホトレジスト層の突出部は、Ｎ型シリコン領域１３Ｃの
端部１３ａ、１３ｂ及びＮ十型シリコン領域１２ｃの端
部１２ａ、１２ｂから約４，０００人突出して設けられ
る。この突出部は、後に溝の底部内へＰ型不純物をフィ
ールド注入する場合にマスクとして機能するものである
。典型的には、図示した如く基板領域１１がＰ型である
場合には、フィールド領域の注入を行なう場合にボロン
を使用する。このボロンは、公知の如く、“チャンネル
ストッパ”として機能するものであり、溝１８ａ及び１
８ｂの底部内にＰ型注入領域１７ａ及び１７ｂを夫々形
成することによって隣接する島状部間に於いて埋設コレ
クタとして機能するＮ十領域１２を分断させる。

次いで、溝を酸化してデバイスのフィールド上に酸化膜
を形成する。酸化工程の終了後、窒化シリコン層１５を
剥離して、溝１８８及び１８ｂの上及びシリコン島状部
１０ｂの側部１２ａ、１３ａ。

１２ｂ、１３ｂ上に領域１９ａ及び１９ｂ　（第１Ｃ図
参照）の様なフィールド酸化領域を有する構成とさせる
。このフィールド酸化領域は、米国特許第３，９３６，
８５８号に開示されているタイプの公知〆“バードビー
ク”形状を有している。しかしながら、１掲した特許に
於いては、チャンネルストッパ領域のイオン注入を行な
う前に半導体物質の表面に溝を形成するものではない。

従って、シリコン領域１０ｂの上表面１０ａの上方へフ
ィールド酸化物が突出する高さは、１掲した米国特許に
開示されている構造に於けるよりも第１Ｃ図の構造に於
ける方がより高さが低くなっている。

フィールド酸化領域１９ａ及び１９ｂを形成する為にフ
ィールド酸−化を行なった後に、窒−化シリコン層１５
及びその上に形成されている全ての酸化物を本デバイス
から剥離させる。次いで、酸化シリコン層１４の上にホ
トレジストを形成することによってベース注入区域を画
定する。次いで、ホトリソグラフィ技術を使用して、ベ
ース注入区域を画定し、１実施例としてボロンを使用す
ることによりベースへイオン注入を行なう。第１Ｃ図は
、Ｐ導電型のベース領域２１を示している。ウェハの表
面１０ａへ窒化物層を付着形成し、且つ二酸化シリコン
層２４を化学的に付着形成させる。

窒化物マスクを使用し、化学的に付着形成した二酸化シ
リコン及び窒化物の層２４を介してコンタクＩ・領域２
１．２２．２３の全てをパターン形成する。次いで、エ
ミッタマスクを使用して、エミッタ注入を行なう為のエ
ミッタ領域及びコレクタ領域を画定する。次いで、ドナ
ー不純物（１実施例に於いては砒素）を注入することに
よってコンタクト領域を形成する。

次いで、ウェハ１０を加熱して注入によって形成された
損傷のアニーリングを行ない、イオン注入された不純物
をドライブインさせる。アニーリング工程の後に、希釈
ＨＦＩ液内に基板を浸漬させてコンタクトに於ける薄い
酸化物をエツチング除去させることによってベースコン
タクト領域２１ａ、エミッタコンタクト領域２２ａ、コ
レクタコンタクト領域２３ａを画定する。従って、基板
へメタリゼーションを行なう準備が完了する。

本発明の１特徴としては、能動デバイス領域がベース領
域２１を有しており、ベース領域２１の１部がフィール
ド酸化膜１９ａとエミッタ領域２２とに隣接しており、
またエミッタ領域２２の１部もフィールド酸化１１１９
ａに隣接して“壁膜型″エミッタを形成しており、コレ
クタコンタクト領域２３の１部がフィールド酸化ＩＩＩ
　９ｂに隣接している。“壁膜型”エミッタを使用する
ことは、例えば、１９７２年３月７日に発行されたＰｅ
１ｔｚｅｒの米国特許第３．６４８，１２５号に開示さ
れている。しかしながら、本発明に於いては、スタンダ
ードな拡散技術ではなくイオン注入技術を使用してエミ
ッタ領域を形成した場合に於いても壁膜型エミッタを使
用することが可能であるという点に於いて独自性を有す
るものである。従来技術の場合と興なり、本発明に於い
ては、半導体物質特に酸化物に隣接する半導体物質に著
しい損傷を発生することのあるＭｅＶイオン注入技術を
使用する必要性がない。更に、本発明に於いては、表面
の末端部に於いて反転の発生を防止する為に　Ｐ　及び
（”Ｐ）ａ＋　の様な重さの重い種類の燐を注入する必
要がない。従って、本発明に於けるトランジスタの縦方
向の深さは、ウェハ１０を構成するシリコン物質の表面
１０ａから１ＪｗＩ以内であり、従来技術に於いては一
層深い深さが必要とされ、典型的に約３，５＊であった
のと比べ著しく改善されていることを端的に示している
。

本発明の１実施例に於いては、約５００＊の厚さを有し
Ｐ導電型であって５乃至１ｏΩ・Ｃ−の固有抵抗を有す
るウェハを、約１０分間１，０００’Ｃの温度の乾燥酸
素雰囲気中に置いて酸化させ、約２５０±２０人の厚さ
の酸化物層を形成させる。この酸化物層１４（第１Ｂ図
参照）を形成した後に、公知のスタンダードな技術を使
用することによって、酸化物層１４の表面上に約１，２
００±１００人の厚さの窒化シリコン層を形成する。次
いで、１，０００’Ｃの温度で６０分間蒸気市に置いて
窒化シリコン層を酸化させて窒化シリコン層の上部に約
５０人の厚さの薄い酸化物層を形成する。次いで、公知
のホトリソグラフィ技術を使用してウェハをマスクし、
デバイスのフィールド酸化領域を形成すべき箇所の上方
に存在する酸化物層及び窒化物層を除去し、一方デバイ
スの能動領域を形成すべきシリコンの上方に於けるこれ
らの層を残存させる。この為に、ウェハを約２０秒間５
００エツチング液（希釈弗化水素酸）内に位置させて酸
化物を除去し、次いで約４５分閣璽化物エツチング液〈
公知の組成を有するスタンダードな燐酸エツチング液〉
内に位置させて窒化物を除去する。次いで、再度“ｓｏ
ｏ”エツチング液を使用して、二酸化シリコン層１４を
エツチングし、且つシリコンエツチングによって下側に
存在するシリコン基板１０を約４．０００乃至ｅ、ｏｏ
ｏ人の深さにエツチングする。このエツチング工程を行
なった後の構成は第１Ｂ図に示した如くである。

次いで、シリコンウェハを約１０分Ｉｌｌ　１，０００
℃の乾燥ＩＩ累雰囲気中に位置させ、溝によって露出さ
れたシリコン上に約２００乃至３００Ａの厚さの酸化物
層を形成する。１実施例に於いては、この厚さを２７４
人と°する。

この酸化物層は、爾後の高ドーズ（１０ＩＩ子数／ａｓ
’　）フィールド注入及び酸化を行なう場合に酸化によ
って誘発される積層欠陥が下側のシリコンに形成される
ことを保護する為のスクリーンとして機能する。

このスクリーン用の酸化物を形成した後に、選択不純物
イオンを溝の下側に存在するシリコン内にイオン注入さ
せる。マスク物質の突出部１４ａ。

１５ａ、１６ａ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂの下側に存在
するシリコンにはこれらのイオンが注入されることは無
いが、マスク物質からなるこれらの突出部によって保護
されていないスクリーン用酸化物の下側に存在するシリ
−コン内にはイオン注１人が行なわれる。典型的には、
ポロンイオン又は二弗化ボロンイオン（ＢＦ２”）を１
０７’ｌ至５０ＫｅＶのエネルギで注入させ、好適実施
例に於いては、４５ＫｅＶのエネルギレベルでＢＦ２＋
　イオンをｌＸ１０　　原子数／　ＣＩ”のドーズ量で
イオン注入する。従って、上述した如きドーズ量（イオ
ンビーム電流Ｘ時閣、／注入面積）を使用することによ
って、溝１８ａ、１８ｂの底部内のシリコン物質内に於
ける所定の深さに所望の不純物濃度が形成される。イオ
ン注入技術は公知であり、従ってその詳細な説明は割愛
する。本実施例に於いては、フィールドチャンネルスト
ップ領域のイオン注入を行なう好適条件は、４５ＫｅＶ
のエネルギレベルでＢＦｚ＋　イオンを使用するか又は
２０ＫｅＶのエネルギレベルで８＋イオンを使用して１
０　原子数／ＣＩ”　７’ｌ至２×１０　原子数／ｃｍ
”　（Ｆ）ドーズ量とするものである。

ポロンイオンを注入した後に、デバイスのフィールドに
対してアニーリングを行ない、次いでウェハを１，００
０℃の窒素雰囲気中に約３０分間載置し、次いで酸素雰
囲気中に５９閤、次いで蒸気中に６０分分閤酸素中に５
分閣載冒させることによって約４，０００±４００への
厚さのフィールド酸化膜を形成する。フィールド酸化膜
を形成した後に、ウェハを１５秒秒閤ｓｏｏ”エツチン
グ液で処理して、ウェハ上の窒化物の上に形成された薄
い酸化膜を除去し、次いで燐エツチング液で処理して窒
化物■１５を除去する。一方、酸化シリコン層１４はウ
ェハ上に残存させる。この酸化シリコン■は約２５０±
２０人の厚さを有している。

窒化膜を剥離した後に、２００に１３ＶのエネルギのＰ
＋＋燐イオンを使用してウェハ１０の島状部１０ｂ内へ
燐イオンをイオン注入させ、１×１０″原子数／ＣＩ”
のドーズ量とさせる。一方、別の実施例に於いては、２
００ＫｅＶのエネルギのイオン← ビームを使用してＰ　イオンを注入させ３Ｘ１０１４原
子数／Ｃ■署のドーズ量とさせる。

この様なイオン注入の＠東、Ｎ十領域１２とＮ領域１３
とが形成され、デバイスをホトレジストでマスクするこ
とによってベース領域２１が形成される。ベースマスク
を形成する為の技術は公知であり、従ってその詳細な説
明は割愛する。

次いで、２５ＫｅＶのエネルギを有するボロンイオンＢ
＋を使用しエベース領域２１ヘイオン注入を行ないｌＸ
１０’原子数／Ｃ−２ドーズ量とし、且つ８０ＫｅＶの
エネルギを有するボロンイオンビームを使用してイオン
注入を行ない１，５Ｘ　１０１３原子数／　ＣＩ”の注
入ドーズ量とする。別の実施例に於いては、２５ＫｅＶ
のエネルギレベルでボロンイオンをイオン注入して１Ｘ
１０’ｌｉ［子数／ｃｍのドーズ量とし、次いで１００
に６　Ｖのエネルギレベルでイオン注入を行なって２，
８Ｘ　１０”原子数／Ｃ■２のドーズ量とさせる。ベー
スへのイオン注入を行なう場合に、ボロンイオンを注入
しないシリコン島状部１０ｂの部分を酸化物層のみなら
ずホトレジスト（典型的には、Ａ　２１４５０Ｊ　）で
１ＪＩＩＩの厚さに被覆しこれらの被、覆層でボロン、
イオンを吸収させて、ホトレジストの下側に存在するシ
リコン内にイオン注入が行なわれることを防止する。

ベースへのイオン注入を行なった後に、このホトレジス
トを剥離する。

次いで、ウェハ１０をクリーニングし、ウェハ上に約１
，１００人の厚さの窒化物層を付着形成させる。次いで
、ＣｖＤによって二酸化シリコン層をウェハ１０の表面
上に約２　、０００人の厚さに形成させる。次いで、公
知のホトリソグラフィ技術及びエッチャントを使用して
窒化物マスク開口（不図示）を形成し、エミッタ領域２
２．ベースコンタクト領域２１．コレクタコンタクト領
域２３の上側に位置した酸化物及び窒化物を除去する。

次いで、エミッタマスク（不図示）を使用して、イオン
注入を行なう為のエミッタ領域及びコレクタ領域を画定
する（ベースコンタクト領域は爾後の砒素注入をマスク
するためのホトレジストで被覆されている）。この場合
に、砒素イオンＡｓ＋　を５０Ｋｅ　Ｖのエネルギレベ
ルで５×１０　原子数／Ｃ１”のドーズ量にイオン注入
させる。次いで、ウェハを再度クリーニングし、９１０
℃の濃度で窒素中に置いて３０分９アニーリングを行な
い、次いでウェハを希釈ＨＦＩ液内に浸漬させてコンタ
クト開口２２ａ　、２１ａ　、２３ａに於ける薄い酸化
物層をエツチング除去してコンタクト開口（マスクなし
）を形成し、エミッタ領域、ベース領域。

コレクタ領域を形成する。

砒素イオンをイオン注入することによってエミッタ領域
２２を形成する場合に、コレクタコンタクト領域２３も
同時に形成される。

第２図は、本発明に基づいて構成されたデバイスに於け
る表面１０ａからの深さの関数として不純物濃度を示し
たグラフ図である。Ｎ十領域１２は、半導体島状部１０
ｂの表面１０ａの下側的０．５％の深さに於いて不純物
濃度のピークを有している。ベース領域２１は、表面１
０ａの下側０．４声の深さに於いてベース２１とコレク
タ１３ａとの閤にベース−コレクタ接合を形成している
。領域２１と領域２２との閏のベース−エミッタ接合は
ウェハの表面１０ａから下側的０．２−の箇所に形成さ
れている。補助コレクタ領域１２ａに於けるドーパント
のピーク濃度は約１０　原子数／Ｃ−３であって、一方
ベース領域の濃度はその最大値が約１×１０　原子数／
Ｃ−３となっている。エミッタ領域に於けるピーク濃度
は約２ｘ１０　原子数／Ｃ■３である。

本発明の半導体＠−の製造プロセスは従来のプロセスよ
りもマスクの使用数が減少されており、且つＭＯＳプロ
セスに於いて使用するマスク数よりもその数が減少され
ている。例えば、典型的な）１ＭＯｓプロセスに於いて
は約１０個のマスクを使用する。一方、本発明のバイポ
ーラプロセスに於いては、８個のマスクを使用するに過
ぎず、即ちシリコンを処理し且つシリコン内に種々の能
動及び受動領域を形成する為に４個のマスクを使用し、
且つメタリゼーション層を形成する為に４個のマスクを
使用している。即ち、本発明に於いて使用されるマスク
のステップは以下の如くである。

（１）　溝１８ａ、１８ｂｔ形成する場合の分離用マス
ク。

（２）　ベース用マスク。

（３）　窒化物用マスク。

（４）　エミッタ用マスク。

（５）　メタル用マスク１゜ （６）　貫通導体用マスク。

（７）　メタル用マスク２゜ （８）　上側コンタクト用マスク。

本発明プロセスを使用することにより、従来のアイソプ
レーナ型のプロセスを使用して得られるバイポーラ装置
よりも約−回り大きさの小さなデバイスを形成すること
が可能である。また、本発明方法は、出発物質としての
ウェハがどのようなものであるかということに関する柔
軟性が豊富である。出発物質としてのウェハは、５乃至
２０Ω・Ｃ−のＰ型半導体物質で＜１００＞の結晶面を
有するものを使用することが可能であり、また〈１１１
〉の結晶面を有するもの又はその他の結晶構造を有する
ものも同様に使用可能である。しかしながら、＜ｉｏｏ
＞の結晶構造を有するものにあっては、フィールド酸化
の前に溝１８ａ、１８ｂをエツチングしてシリコンから
なる島状部１０ｂの側部１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３
ｂに適当な傾斜を与える為にシリコンを対称的にエツチ
ングすることが可能であるという点に於いて好適である
。

コレクタコンタクト領域及びエミッタ領域を形成する為
に砒素を使用することが望ましい。何故ならば、その場
合に、砒素とシリコンとの間の拡散特性に関連した利点
が得られるからである（即ち、シリコン物質内に於ける
砒素不純物の分布に於いてはシャープなカットオフが得
られ、シリコンの格子構造内に於ける砒素原子の適合性
が良好だからである）。シリコン構造内に於いて砒素原
子の不整合が発生することを回避することにより、シリ
コンが損傷を受けることを実質的に排除している。

全てのイオン注入工程に於いてデバイスの表面上に保護
用の薄い酸化物層を設けておくことにより、イオン注入
時に於けるイオンの衝突及び爾後のアニーリングによっ
て下側のシリコン物質に損傷が浸透することが著しく減
少されるということが分った。このことはデバイス性能
の予測性を著しく改善することを意味している。

本発明には多くの利点が存在する。第１に、フィールド
酸化層１９ａ、１９ｂの厚さは１実施例に於いては約０
，４ｓであり、従来のデバイスに於いて３乃至５Ｆ−で
あるのと比較して著しく減少されている。シリコンマス
キング層１４ａ、１５ａの突出部と共に保護用のフィー
ルド酸化物とフィールド注入物との結合を使用すること
によって島状部１０ｂ等の様なシリコンで形成される島
状部に於いて形成されるデバイスの能動領域から離隔さ
せてフィールド領域を形成することが可能であり、一方
間時に、フィールド酸化物の下側に存在するシリコン物
質をイオン注入によって損傷を受けることから保護する
ことを可能としている。本発明に於いては、デバイス間
の最小分離幅を著しく減少させることを可能としており
、従来技術に於ける場合と比較して少なくとも１桁大き
さが減少されており約２％の程度となっている。島状部
１０ｂの様な半導体物質からなる島状部に於ける酸化浸
蝕は、フィールド酸化領域１９ａ、１９ｂを形成する過
程中に全体で約０．５ｓｍ程度に押さえられており、こ
のこと〜は従来技術を使用した場合の浸蝕の大きさと比
べ、約１桁減少されている。半導体ウェハ１０の表面は
実質的に同一面を形成するものではないが、その点はフ
ィールド酸化層１９ａ、１９ｂの■厚が薄く且つ、例え
ば第１Ｃ図に示した如く、フィールド酸化層１９ａ、１
９ｂが緩かな傾斜を有しているということによって補填
され、従ってウェハの上表面上に形成される導電性リー
ドに亀裂や切断が発生されることを防止可能としている
。その結果、本発明の構成を有するデバイスは、少なく
とも従来のデバイスよりも−回り即ち１桁大きさが減少
されている。更に、本発明に於けるイオン注入工程に於
いて比較的低エネルギのイオンビームを使用しているの
で、従来技術の場合と興なり、イオン注入技術を使用す
ることによって壁膜型エミッタ及び壁膜型ベースを形成
することを可能としている。チャンネルストップ領域に
イオン注入を行なう場合にフィールド内に約３００人の
厚さの薄い酸化物スクリーンを設けるということ、及び
最初に窒素で７二−リングを行ない次いでフィールド酸
化を行なって分離躾を形成するということは、歩留を向
上させる上で特に有益である。デバイスを互いに分離さ
せる為には、Ｎ十領域１２を構成する一様な埋設層を分
断する為に約２×１０　原子数／Ｃ−１以上のドーピン
グ濃度へフィールド注入を行なうことが必要である。こ
れは、薄いスクリーン用の酸化層を通過させてポロンを
注入させ、次いでフィールド酸化を行なう前に短期間窒
素でアニーリングを行なうことによって達成することが
可能である。この目的を達成する為には、Ｂ＋イオン注
入ドーズ量は１×１０　原子数、′Ｃ「よりも大きくな
ければならない。

上述した実施例に於いては、分離用酸化物１９ａ１９ｔ
ｌ　　（１１０図参照）を形成する前に埋設層１２のイ
オン注入を行なっているが、所望により、分離用酸化膜
１９ａ、１９ｂを形成した後に埋設領域１２を形成する
ことも可能である。Ｎ十１１１２を形成する為に必要な
ドーズ量は、表面１０ａに於いて１０　イオン数／Ｃ■
３の不純物濃度を有し、ウェハ１０の表面１０ａの下側
的０．５μの箇所に於いて約１０　イオン数／　ａｍ”
の不純物濃度を生じさせる様なものであれば良い。

上述した本発明構成によれば、価格及び性能の両面に於
いてＭＯ８技術に太刀打ち可能なバイポーラ装置を提供
することが可能なものである。

本発明方法に於いては使用すべきマスク数が減少されて
いるので、８ＭＯ８装置を製造する場合と比べて一層廉
価である。本発明装置が小型であるということは、その
性能が従来のバイポーラ装置の性能と比べて向上されて
いることを意味する。

更に、本発明に於いては、エピタキシャル用の反応容器
を使用する必要がないので、装置の製造工程に於ける費
用を実質的に減少させている。また、本発明方法は極め
て簡単化されており、従って歩留の向上が望まれる。更
に、本発明に於いては、単一の燐注入工程に於いて埋設
■とベース領域及びエミッタ領域が形成されるべきコレ
クタ領域の両方を形成している。

本発明構成は１６にスタティックＲＡＭ及び６４にスタ
ティックＲＡＭ、更にその他のデバイスに於いて使用さ
れることが可能なものである。

シリコン島状部１０ｂ内への厚さの薄いフィールド酸化
膜１９ａ、１９ｂの横方向エンクローチメント即ち横方
向浸蝕は、公知の熱酸化技術を使用して０．４ｕ１ｍの
厚さの二酸化シリコン分離用酸化膜１９ａ、１９ｂを形
成する場合に、典型的に、全体で高々０，５Ｊ１１ｍ程
度である。熱酸化されたシリコンは約２．２倍その厚さ
が増加されている。従って、０．４μの厚さの酸化層１
９ａ、１９ｂＧ；を約Ｏ０’ｌｐａのシリコンを消費し
ていることになる。その結果、本発明に於いては、−辺
が約１．５ｊＩＩＩのシリコン島状部が構成されており
、従来技術に於いては一辺が約５．５ｕのシリコン島状
部であるのと比べて著しく大きさが減少されている。こ
のようにデバイスの寸法が著しく減少されているので、
デバイスの性能が実質的に改善されている。

１３Ａ図及び第３Ｂ図は、本発明のものと従来技術に於
けるものとのデバイスの寸法を比較した平面図である。

第３Ａ図は、ベースコンタクトＢ。

エミッタコンタクトＥ、コレクタコンタクトＣの寸法を
示しており、一方第３Ｂ図は、同一のスケールに於いて
、従来装置に於ける同一の要素を夫々示している。本発
明に於いては寸法の点で著しく改善されていることが第
３Ａ図及び第３Ｂ図を比較することによって容易に理解
されるものである。

本発明の１実施例に於いては、エミッタ、ベース、コレ
クタのシート抵抗は、夫々、約２５．５００゜２５０Ω
／口である。所望により、ペース及びコレクタ注入を使
用して抵抗を形成することが可能であり、且つエミッタ
注入を利用して行なうことも可能であるが、抵抗コンタ
クト閤にはパッシベーション用酸化物が存在しないこと
となる（それは、砒素カプセル又は封止チューブ拡散に
よって形成される抵抗に類似している）。

本発明の１特徴としては、チャンネルストップを形成す
る場合のイオン注入のドーズ量である１０１５原子数／
　ＣＩ”は従来技術に於けるドーズ量よりも略１桁高い
値となっている。このことは、イオン注入時にスクリー
ン用酸化物を使用し且つ爾後にＭ素でアニーリングを行
なうことによって可能となっている。

以上、本発明の具体的構成に付いて詳細に説明したが、
本発明はこれら具体例に限定されるべきものでは無く、
本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が
可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明に使用するのに適したタイプの半導体
基板を示した断面図、第１Ｂ図は第１Ａ図に示した構造
に本発明を１部適用してマスクのオーバーハング部を形
成しオーバーハング部下方に於ける半導体物質の部分に
イオンが注入されることを阻止する状態を示した断面図
、第１Ｃ図は本発明技術を更に適用して能動半導体デバ
イスを形成するのに適しており半導体物質から構成され
且つ分離された島状部を形成した状態を示した断面図、
第２図は第１Ｃ図に示した半導体基板内に於ける不純物
濃度の分布状態を示したグラフ図、第３Ａ図及び第３Ｂ
図は本発明の１実施例に基づいて構成された半導体装置
と従来技術の半導体装置とを夫々示した各平面図、であ
る。 〈符号の説明） １０：　半導体基板 １０ａ：　上表面 １２：　Ｎ土堤設層 １４：　二酸化シリコン層 １５：　窒化シリコン層 １６：　ホトレジスト層 １７：　チャンネルストップ領域 １８：溝 １９：　フィールド酸化膜 ２１：　ベース領域 ２２：　エミッタ領域 ２３：　コレクタコンタクト領域 特許出願人　　　フェアチアイルド　カメラアンド　イ
ンストルメント コーポレーション 手続補正書 昭和５７年１１月２４日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　　殿 １、事件の表示　　　昭和５７年　特　許　願　第　１
８４７９３　　号３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　　自　　発 ゛　６．補正により増加する発明の数　　な　　し７、
補正の対象　　　委　任　状１図　　面８、補正の内容
　　　別紙の通り ３３５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置に於いて、上表面を具備した第１導電型
   のシリコン基板を有しており、デバイスのフィールドに
   於いて前記シリコン基板の熱酸化部分によって形成され
   たフィールド酸化領域を有しており、前記基板内に形成
   されシリコン物質からなる複数個の島状部を有しており
   、各島状部は前記フィールド酸化領域の選択したものに
   よって隣接する島状部から分離されており、前記島状部
   の各々に形成され前記第１導電型とは反対の導電型から
   なる第１領域を有しており、前記各第１領域は前記島状
   部の対応する１個の中に延在して設けられ且つ前記フィ
   ールド酸化領域によってその横方向が囲繞されていて前
   記各第１領域内に於ける不純物濃度のピークは前記表面
   から１声以内の範囲に設定されており、前記第１領域の
   選択したものの中に形成され第１導電型を有する第２領
   域を有しており、前記第２領域の選択したものの中に形
   成され反対導電型を有する第３領域を有しており、前記
   第１領域、第２領域、第３領域の各々がイオン注入によ
   って形成されていることを特徴とする装置。 ２、上記第１項に於いて、前記装置内のフィールド酸化
   領域の下側にチャンネルストップ領域が形成されており
   、前記チャンネルストップ領域は前記基板と同一の導電
   型であるが前記基板より一層高い不純物濃度を有してお
   り、前記チャンネルストップ領域は前記フィールド酸化
   領域と共に前記シリコン物質からなる複数個の島状部の
   各々を他の島状部から絶縁分離する機能を有することを
   特徴とする装置。 ３、上記第１項又は第２項に於いて、前記第１領域内に
   形成された前記第２領域の内で選択されたものに於いて
   は、前記第２領域が形成されているシリコン島状部を横
   方向に囲繞しているフィールド酸化領域の対応部分と隣
   接しており、前記第２領域内に形成された前記第３１ｉ
   域の内で選択されたものに於いては前記第３領域が形成
   されているシリコン物質からなる島状部を横方向に取囲
   むフィールド酸化領域の対応する部分に隣接して形成さ
   れていることを特徴とする装置。 ４、上記第１項乃至第３項の内の何れか１項に於いて、
   前記フィールド酸化領域を１ｕ以下の厚さに形成し、隣
   接するシリコン島状部に於いてフィールド酸化領域の横
   方向浸蝕を最小どしたことを特徴とする装置。 ５、第１導電型を有する基板を使用して半導体装置を製
   造する方法に於いて、前記基板内に選択不純物をイオン
   注入させることによって前記基板内に前記基板の表面か
   ら前記基板内の選定深さへ延在させて反対導電型の第１
   １ｉ域を形成し、前記基板内に溝を形成して前記基板内
   に半導体物質からなる島状部を残存させ尚前記島状部内
   には能動領域を形成することが可能であり且つ前記島状
   部は前記基板内に於いて選定深さに形成された溝によっ
   て互いに分離されており、前記溝内に選択不純物をイオ
   ン注入して前記基板内に前記第１導電型の第２領域を形
   成すると共に前記島状部の各々に於ける反対導電型の前
   記第１領域をその他の島状部内の前記第１領域の部分か
   ら電気的に分離させ、前記第２領域をイオン注入した債
   に前記ウェハをアニーリングし、前記ウェハを酸化して
   前記溝上に約１μの厚さを越えることのない酸化物層を
   形成して前記半導体物質からなる島状部の各々に於ける
   前記酸化物の横方向浸蝕を最小とさせ、前記第１１ｉ域
   内に前記第１導電型のイオンを注入することによって前
   記第１領域内に前記第１導電型のベース領域を形成し、
   前記ベース領域内に前記反対導電型の不純物をイオン注
   入させることによって前記ベース領域内に前記第１領域
   内へ延在するベース領域の深さよりも浅い選定距離（亘
   りて延在させてエミッタ領域を形成し、前記ベース領域
   が形成されていない前記第１領域の部分ヘコレクタコン
   タクトを形成し、前記半導体物質からなる島状部の各々
   の上表面上に絶縁膜を形成し、前記エミッタ領域、前記
   ベース領域、前記第１領域の選択部分へコンタク、十を
   形成する、上記各工程を有することを特徴とする方法。 ６、上記第５項に於いて、前記溝内に前記不純物を注入
   して前記第１導電型の第２領域を形成する前に前記シリ
   コン内に形成された溝上に選定厚さを有する絶縁膜を形
   成し、前記不純物の注入によって前記絶縁膜の下側に存
   在する半導体物質が損傷されることを防止することを特
   徴とする方法。 ７、上記第５項又は第６項に於いて、前記第１領域が、
   前記第１領域のピーク濃度が前記基板の表面下方的０．
   ５ｊＩＩの位置に存在する深さに形成されることを特徴
   とする方法。 ８、上記第５項乃至第７項の内の何れか１項に於いて、
   前記ベース領域を前記第１領域内に形成する場合に、前
   記島状部内に形成されるべきデバイスのベース・コレク
   タ接合が前記島状部の表面から約０．４ｍ離れた位置に
   設定されることを特徴とする方法。 ９、上記第５項乃至第８項の内の何れか１項に於いて、
   前記エミッタ領域を前記ベース領域内に形成する場合に
   、エミッタ・ベース接合が前記形成されるべき島状部の
   表面から約０．２ｕ下方に設定されることを特徴とする
   方法。 １０、上記第５項乃至第９項の内の何れか１項に於いて
   、前記第２領域のイオン注入の後に前記ウェハをアニー
   リングする場合に、前記ウェハを窒素雰囲気中に於いて
   選択時開の閏選択温度でアニーリングすることを特徴と
   する方法。 １１、上記第５項乃至第１０項の内の何れか１項に於い
   て、溝内へ選択不純物をイオン注入して前記基板内に前
   記第１導電型の第２領域を形成する場合に、前記第１導
   電型のドーパントをイオン注入させて、前記基板内に形
   成されている反対導電型の前記第１領−を互いに電気的
   に分離された複数個の第１領域に分断させるのに十分な
   濃度を有するＰ型鋼域を形成することを特徴とする方法
   。 １２、上記第１１項に於いて、前記濃度が少なくとも２
   ×１０　原子数／Ｃ■１であり、前記注入エネルギが５
   ０に６Ｖの程度であることを特徴とする方法。 １３．上記第５項乃至第１２項の内の何れか１璃に於い
   て、前記基板内に選択不純物をイオン注入させることに
   よって前記基板内に反対導電型の第１領域を形成する場
   合に、約２００ＫｅＶのＰ＋＋燐イオンを使用して前記
   基板内に燐イオンをイオン注入させ約ｌＸ１０’原子数
   ／Ｃ■２乃至３Ｘ１０′４原子数／Ｃ■２のドーズ最と
   することを特徴とする方法。 １４、上記第５項乃至第１３項の内の何れか１項に於い
   て、前記基板内に前記燐イオンをイオン注入させること
   によって前記基板の表面下約５，０００Ａに於いてピー
   ク濃度を有するＮ十領域を形成すると共に前記Ｎ十領域
   と前記基板の表面との間にＮｌｌ域を形成し、前記Ｎ十
   領域及び前記Ｎｌｌ域が共に少なくとも１個の形成され
   るべきバイポーラトランジスタの埋設層及びコレクタ領
   域の両方を構成することを特徴とする方法。 １５、上記第５項乃至第１４項の内の何れか１項に於い
   て、前記半導体物質がシリコンを有しており、前記選定
   厚さを有する絶縁膜がシリコン酸化物を有することを特
   徴とする方法。 １６、上記第１５項に於いて、前記シリコン酸化物が前
   記シリコン物質の表面を熱酸化することによって形成さ
   れた二酸化シリコンを有することを特徴とする方法。 １７、上記第１６項に於いて、前記熱成長されたシリコ
   ン酸化物が２００乃至３００Ａの厚さに形成されたシリ
   コン酸化物層を有することを特徴とする方法。 １８、上記第１７項に於いて、前記シリコン酸化物が約
   ２７０人の厚さを有することを特徴とする方法。 １９、半導体物質内に不純物を注入する方法に於いて、
   イオンを注入すべき前記半導体物質の部分の上に保護物
   質層を形成し、尚前記保護物質層はそれを貫通して下側
   に存在する半導体物質内にイオンが注入されることを可
   能とする様な厚さを有しており、前記保護物質層の下に
   存在する前記半導体物質内へイオン注入する、上記各工
   程な有することを特徴とする方法。 ２０、上記第１９項に於いて、イオン注入後に前記半導
   体物質をアニーリングすることを特徴とする方法。 ２１、上記第２０項に於いて、前記半導体物質がシリコ
   ンを有しており、前記保護物質層がシリコン酸化物を有
   しており、前記アニーリングを窒素雰囲気中で行なうこ
   とを特徴とする方法。