JPS5914898B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置、特に高周波トランジスタを中心
とするバイポーラ型トランジスタの製造方法に関するも
のである。

１５従来高周波高出力トランジスタはベースやエミッタ
の接合深さを浅く、エミッタ巾を小さく、またベース・
コレクタ接合容量を小さくし、さらにベース直列抵抗を
下げることによシ、高周波化が進められて来たが以下の
欠点があつた。

２０（イ）浅い接合を制御性よく得ることが難しく、く
し形状に並んだエミッタストライフの一部のエミッタに
電流が集中するため適当な値のバランス抵抗を各エミッ
タに直列に設けて電流の集中を押えねばならない。

各エミッタストライフ間２５のバランスのずれが大きい
と、バランス抵抗を大きくしなければならず、出力の低
下を招く。このため一様なベースエミッタ領域をチップ
内に形成することが必要であるが、浅い拡散の均一性の
悪さが歩留まヤの低下を招いていた。ま３０た、均一性
よく作れた場合でもエミッタストライプ群の中央部では
放熱効率ｂ’−悪いためトランジスタチップの温度上昇
により電流集中の傾向がある。（ロ） エミッタ拡散の
拡散深さが浅いので、エミツ！５ 夕電極メタルど半導
体基板との反応によりエミッタベース間の接合が破壊さ
れやすくそのためエミッタ電極形成が困難であつた。

（ハ） エミツタストライプ巾を小さ〈する必要がある
が、現在のパターニング技術では１μｍ巾が限度である
。

この発明は現在、高周波高出力トランジスタの製造にお
いて基本的要請であつて、しかも隘路となつている上記
３つの欠点を解消するためになされているものである。

以下述べるこの発明の具体例に卦いて、先ず欠点Ｇ）に
対しては、イオン注入を用いて均一な不純物ドーピング
を行なうとともに、イオ７注入によジ多結晶シリコン中
に不純物をドーピングし固相拡散により不純物を基板中
に拡散することによジ浅い拡散の制御性を著るしく向上
させる。エミツ汐ストライプ構造をもつ高出力のトラン
ジスタでは等価的には１つの半導体基体内に多数のトラ
ンジス汐が並列接続されて動作する様になつているが、
半導体基板中央部のトランジスタと周辺部のトランジス
タで熱放散が異なるため、さらに、エミッタ上の多結晶
シリコン部を抵抗として利用し、この抵抗の実効値を金
属電極のパ汐一ン構造を周辺部と中央部で変えることに
より半導体基板表面の温度分布の均一性を補償する。欠
点（ロ）に対しては、上記多結晶シリコンをエミツタ上
に残し、多結晶シリコン上に金属電極を設ける方法をと
ることによジ、電極金属と半導体基板の直接の反応を抑
え、エミツタベース接合の破壊による不良を大巾に抑え
る。欠点（ハ）に対しては、エミツタ上の多結晶シリコ
ン上に窒化膜等の酸化阻止膜を残し、他の多結晶シリコ
ン部卦よび基体の一部を酸化する。窒化膜の両端から窒
化膜下に向つて横方向にも酸化が進むため実効的にエミ
ツタ上の多結晶シリコン巾、卦よびエミツ汐巾を写真製
版のパ汐一ンより小さくできる。次に実際の製造方法を
述べ具体的にこの発明の利点を明らかにする。

先ず第１図Ａ−Ｄは従来法による高周波、高出力トラン
ジスタの基本的な製造程の一汐１を示している。

簡単のためバランス抵抗部は省いてある。この第１図は
基本的な方法を述べたもので、実際には、ベースエミッ
タ等の拡散用窓開けには特別の工夫が払われている場合
が多く、もっと複雑である。第１図Ａ．は図示しないバ
ランス抵抗と同時に外部ベース４１を熱拡散法で形成し
た状態を示し、同図Ｂはベース拡散完了後の状態を、同
図Ｃはエミツ汐拡散完了後の状態を、同図Ｄは電極形成
を終つた状態を夫々示している。図中１は半導体基体で
、Ｎ＋形のシリコン基板２上にＮ形のシリコンエピタキ
シャル層３を形成したものである。

４はＰ形ベース領域、４１は外部ベース領域、５は複数
のＮ＋形エミツタストライプ領域、６はベース領域４に
接触するベース電極、７はエミツ汐ストライプ領域５に
接触するエミツタ宣極である。

８はコレク汐領域で、残存するＮ形層３、Ｎ＋基板２に
よつて構成される、９はこのコレクタ領域８に接触する
コレク汐電極である。

さて第２図Ａ−Ｈはこの発明装置の一実施例を製造工程
に沿つて示している。

第２図Ａでは、Ｐ形の外部ベース領域４１が形成されて
いる。この外部ベース領域４１は環状の平面パターンで
形成されるが、この発明では必ずしも必要でない。この
外部ベース領域４１は、必要な場合には、拡散によつて
図示しないバランス抵抗を半導体基体１の他の部分に形
成するときに、形成できる。ただしこの拡散によるバラ
ンス抵抗もこの発明では必ずしも必要でない。第２図Ａ
では基体１の上主面１ａ上にシリコン酸化膜１１が形成
され、この酸化膜１１には形成すべきトランジス汐のベ
ース領域４に相当する開口１１ａが形成される。

次の第２図Ｂの工程では、多結晶シリコン層１２が全面
に成長されている。この多結晶シリコン層１２は開口１
１ａから露出するＮ形層３上及びシリコン酸化膜１１上
に形成され、その膜厚は１０００〜２０００Ａ程度が望
ましい。次に多結晶シリコン層１２の全ての部分にイオ
ン注入法により、Ｐ形不純物イオン、例えばボロンイオ
ンを注入する。注入エネルギーはボロンイオンの注入投
影飛程が多結晶シリコン膜１２のほぼ中央付近に来るよ
うに２０〜３０ＫｅＶに選ぶのが良い。また注入イオン
ボロンイオン（Ｂ＋イオン）でなくてもよく、ＢＦ２＋
イオン等のフツ化ボロンイオンでも良い。次に第２図Ｃ
に示すようにエミツ汐用のホトレジスト１３のパターニ
ングを多結晶シリコン１２上に設け、エミツ汐用のＮ形
不純物イオンを注入する。ホトレジスト１３はエミツ汐
領域に対応して複数の開口１３Ａ〜１３Ｎを有して卦ジ
、この開口から露出する多結晶シリコン膜１２の部分１
２Ａ〜１２Ｎには上記Ｐ形不純物イオンとＮ形不純物イ
オンとが注入される。浅いエミッタベース接合を得るた
めにはヒ素イオンが最も適しているが、ｖんやアンチモ
ン等の他のＮ型不純物も利用可能である。エミツ汐スト
ライプ巾に対応する部分１２Ａ〜１２Ｎの巾は１μｍ程
度の細いものであつてもイオン注入を用いることにより
ホトレジストのパターニングだけで済むため従来法に比
ベエツチング工程がなくパ汐一ニングは非常に容易で正
確になる。第２図Ｄはこの発明方法の特徴となる丁程の
一つでエミッタパターニングしたホトレジスト１３を含
む全面に酸化阻止膜、例えば窒化シリコン膜１４を付け
る。ホトレジスト１３が存在しているためこの膜１４の
形成工程は低温で可能な方法であることが必要で、スパ
ツ汐法が現段階では最適である。その他に窒素イオンを
注入して窒化膜を形成する方法も可能である。部分１！
２Ａ〜１２Ｎ上にはシリコン窒化膜１４Ａ〜１４Ｎが多
結晶シリコン膜１２の部分１２Ａ〜１２Ｎ上に残存した
構造が得られる。第２図Ｆは加熱酸化により、多結晶シ
リコン膜１２から不純物をＮ形層３へ拡散してベース領
域４、及び複数のエミッタストライプ？域５Ａ〜５Ｎを
形成し、併せて多結晶シリコン膜１２の部分１２Ａ〜１
２Ｎを除く部分を酸化シリコン膜１５に変えた状態を示
す。ベース領域４はボロン、エミツ汐領域５Ａ〜５Ｎは
例えばヒ素の拡散によるもので、多結晶シリコン膜厚、
注入エネルギー、酸化拡散温度、雰囲気等を適当に選ぶ
ことによシ必要とする種々の条件を満足させることがで
きる。例えばエミツタ接合深さ０．２μｍ１ベース接合
深さ０．４μｍを得るための条件の１つは多結晶シリコ
ン膜厚１０００Ａ１ボロン注入エネルギー２０〜２５Ｋ
ｅＶ１ヒ素注入エネルギー６０−１００ＫｅＶ１酸化拡
散条件は１０５．０℃３０〜４０分程度の湿酸素雰囲気
を用いることである。第２図Ｇはその後、窒化膜１４Ａ
〜１４Ｎを除去し、第２図Ｈは電極形成を行なつた状態
を示している。ベース電極６は、開口１５Ａ〜１５０を
通じてベース領域４に接触する複数の接触部分６Ａ〜６
０を有して卦ね、エミッタ電極７は多結晶シリコン膜１
２Ａ〜１２Ｎ＋．にそれと接触するように設けられた複
数の接触部分７Ａ〜７Ｎを有している。エミッタ電極７
の各接触部分７Ａ〜７Ｎは、隣接するベース電極６の２
つの接触部分の間に位置し、夫々不純物ドープの多結晶
シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎを介して各エミツ汐ストライ
ブ領域５Ａ〜５Ｎに抵抗接触する。コレク汐電極９は基
体１の下主面にＮ＋基板２と接触するように形成される
。な卦窒化膜１４Ａ〜１４Ｎは第２図Ｅの加熱酸化工程
に卦いて、多結晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎが酸化され
るのを阻止して、この多結晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎ
の周りにシリコン酸化膜１５を形成させる作用と、多結
晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎの中のエミツタ領域形成用
不純物が、半導体基体１と逆の方向に、即ち外向に逃げ
るのを防止する作用をする。

加えて、第２図Ｃの工程と、第２図Ｄの工程の間で、ホ
トレジスト１３を一旦除去するようにすれば、窒化膜１
４のパターニングに別のマスク工程が必要となり、工程
が腹雑になるとともに、マスクずれによる歩留シ低下が
起るが、第２図Ｄのようにパ汐−ニングしたレジスト１
３上に窒化膜１４を被着することにより、かかる不都合
も改善される。以上の製造工程を用いることによね特徴
的なトランジス汐の構造が形成されることは第２図Ｈか
ら明らかである。すなわち、トランジス汐のエミツ汐部
は上部より金属電極、多結晶シリコン（Ｎ＋形）、単結
晶基板のエミッタ領域（Ｎ＋型）が積層された構成にな
ジ、エミツ汐電極７がベース電極６より上部に位置する
。多結晶シリコン層１２Ａ〜１２Ｎの側面は酸化膜１５
で囲まれ、その上部には金属電極７が接触している。以
上、第２図にしたがつて、本発明による高周波高出力ト
ランジスタの製造方法の一実施例を述べた。本実施例で
はベースエミツ汐同時拡散を行なつたが第２図Ｂのボロ
ンイオン注入後、ドライブを行ない予めベース不純物を
ある程度基板中に拡散してもよい。また本発明が高周波
高出力トランジスタのみにとどまらず浅い接合を用いる
バイポーラトランジスタや、バイポーラＩＣに適用でき
ることは明らかであり１また本実施例のようにＮＰＮト
ランジス汐のみにとどまらずＰＮＰトランジスタＶＣ卦
いても有用性があることは言うまでもない。さてこの発
明による高周波、高出力トランジスタに適用可能な平面
電極パターン、特にベース電極６、エミツタ電極７の平
面パ汐−ンについて述べる。

第３図は比較的な例であり、ベース電極６は並列する多
数の片６１Ａ〜６１０とこれらを連結する片６２を有し
、各片６１Ａ〜６１０は夫々酸化膜１５の開口１５Ａ〜
１５０を覆い、これらの各片６１Ａ〜６１０にベース領
域４に接触する接触部分６Ａ〜６０が形成されている。
エミツ汐電極７も並列する多数の片７１Ａ〜７１Ｎとこ
れらを連結する連結片７２を有し、片７１Ａ〜７１Ｎは
夫々多結晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎの上面全面を覆い
、これらの各片７１Ａ〜７１Ｎに多結晶シリコン膜１２
Ａ〜１２Ｎの上面全面と接触する接触部分７Ａ〜７Ｎが
形成されている。第４図Ａのパターンでは、接触部分７
Ａ〜７Ｎの夫々が、多結晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎの
上端部に接触する上接触部７ＵＰと、その下端部に接触
する下接触部７ＤＷとに分離され、これらの接触部７Ｕ
Ｐ，７ＤＷ間には、多結晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎに
対する接触部が設けられず、多結晶シリコン膜１２Ａ〜
１２Ｎが各エミツタストライプ領域５Ａ〜５Ｎに対する
バランス抵抗として効果的に利用される。

接触部７ＵＰ，７ＤＷ間に卦いて、多結晶シリコン膜１
２Ａ〜１２Ｎはその厚さと直角な方向の抵抗がバランス
抵抗として利用される。第４図Ｂでは、更に第４図Ａに
対し、エミツタ電極の片７１Ａ〜７１Ｎの夫々が、接触
部７ＵＰ，７ＤＷを、多結晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎ
の両外側で接続する接続片７ＣＰを有している。これは
、ベース領域４の一側で連結片７２によつて各片７１Ａ
〜７１Ｎを連結するのを可能とし、電極６，７を単層配
線で構成するのを容易にする。即ち第４図Ａでは、各片
７１Ａ〜７１Ｎが上下に２分されるため、例えば連結片
７２をも上下に２分する必要があり１この場合、電極６
の連結片６２をこれらの片７１Ａ〜７１Ｎ，７２上の第
２層として配置する必要があるが、第４図Ｂではかかる
配慮が不要となる。各エミツタストライプ領域５Ａ〜５
Ｎの夫々について、チツプの中心部に近いその中央部で
は発熱が大きく、この中央部にエミツタ電流が集中する
傾向があるが、第４図Ａ，Ｂでは何れも各エミツタスト
ライプの中央部でバランス抵抗が最大となるので、効果
的なバランス抵抗を付与することができる。第５図Ａの
パターン、各エミツ汐ストライプ領域５Ａ〜５Ｎの中の
ちようど中間に位置する領域５Ｇに対するバランス抵抗
が最大になね、これから最も離れた領域５Ａ，５Ｎでそ
れが最小となるように、更に改良が加えられている。

この改良は、接触部７ＵＰ，７ＤＷの間隔を、領域５Ｇ
に対して最大とし、領域５Ａ，５Ｎに対して最小となる
よう、それを順次小さくすることで達成している。第５
図Ｂは第５図Ａのパターンに対して、更に第４図Ｂの接
続片７ＣＰを付加したものである。チツプの中央部に位
置する領域５Ｇには、発熱のため最も電流が集中し易い
が、第５図Ａ，Ｂのパ汐−ンによれば、この不都合をも
効果的に改良できる。な卦高濃度の不純物を含んだ多結
晶シリコン膜１２Ａ〜１２Ｎの抵抗の温度係数は正とな
ジ、トランジスタの温度が上がると抵抗値は増太し、バ
ランス抵抗としては、従来の拡散抵抗と比べなんら遜色
のない特性が得られる。

本発明によれば既に述べたように従来の高周波高出力ト
ランジスタの欠点（イ）〜（ロ）を十分補なうのに有効
であるが、さらに細いエミツノストラィプのパターニン
グをホトレジストで行えること、イオン注入を用いるた
め化学処理が少なく工程が容易になる上汚染される機会
が減ること、ヒ素、ボロンの同時拡散によりエミッタ吸
込み効果が生じるため薄いベース巾を得るのが容易であ
ること、また固相拡散を用いるため接合特性、表面状態
が良好なため素子特性が向上すること等、多くの利点が
ある。

最後に特筆すべき利点は第４，５図に示すようにエミツ
タ上の多結晶シリコン層がバランス抵抗の役目をするた
め、必らずしもバランス抵抗を別途に設ける必要がない
ことである。

以上述べたように本発明のもたらす効果は極めて大きく
、特に高性能の高周派、高出力トランジスタを歩留まり
よく製造する画期的な製造方法を与えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｄは従来装置を製造工程に沿つて示す断面図
、第２図Ａ−Ｈはこの発明による半導体装置の製造方法
の一実施例を製造工程に沿つて示す髄面図、第３〜５図
はこの発明装置に適用される電極平面パ汐一ン図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体上にバランス抵抗として利用する多結晶
   シリコン層を形成する工程、上記多結晶シリコン層の第
   １部分にはイオン注入法により第１導電形の不純物を導
   入するとともにその第２部分にはイオン注入法により上
   記第１導電形の不純物と第２導電形の不純物とを導入す
   る工程、上記多結晶シリコン層の第２部分上に選択的に
   酸化阻止膜を形成する工程、上記酸化阻止膜を形成した
   状態で加熱酸化を行い上記半導体基体内にコレクタ領域
   と接合するベース領域と上記第２部分の下に上記ベース
   領域と接合する複数のエミッタ領域を形成し併せて上記
   第１部分を酸化シリコン膜に変える工程、この工程の後
   に上記第２部分上の酸化阻止膜を除去する工程、及び上
   記酸化シリコン膜を通じて上記ベース領域に接触するベ
   ース電極を形成するとともに上記多結晶シリコン層の第
   ２部分に接触するエミッタ電極を形成する工程を含んだ
   半導体装置の製造方法。 ２ 上記エミッタ電極を、バランス抵抗として利用され
   る上記多結晶シリコン層の抵抗部分がマルチエミッタ構
   造の中央部で長く端部で短かくなるよう形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製
   造方法。