JPS6021568A - 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】 〔技術分野〕 この発明は、半導体技術さらには半導体集積回路に適用
して特に有効な技術に関するもので、例えば半導体集積
回路におけるバイポーラトランジスタの形成に利用１７
て有効表技術に関する。

〔背景技術〕

従来のバイポーラ集積回路におけるバイポーラトランジ
スタの一般的な形成方法とその構造は、例えば日経エレ
クトロニクス１９８１年９月２８日号（１１２７４）１
２２頁等において知られている。

第１図はそのような公知のバイポーラトランジスタの一
構成例を示すものである。すなわち、バイポーラトラン
ジスタは、Ｐ型シリコンからなる半導体基板ｌ上に、酸
化膜を形成してからこの酸化膜の適当な位置に埋込み拡
散用パターンの穴をあけ、この酸化膜をマスクとしてひ
素もしくはアンチモン等のＮ型不純物を熱拡散して部分
的にＮ＋＋込層２を形成する。そして、酸化膜を除去し
てからチャンネルストッパ用のＰ＋屋屋敷散層３形成し
、その上に気相成長法によりＮ−型エピタキシャル層４
を成長させ、表面に酸化膜（Ｓｉｎ、）と窒化膜（８１
１Ｎ４）を形成する。その後ホトエツチングによシ酸化
膜と窒化膜を部分的に除去してこれをマスクとしてその
部分に分離用の比較的厚い酸化膜５を形成した彼、窒化
膜を取シ除く。

それから、窒化膜等でマスクしてコレクタ領域の引上げ
口となる部分にリン等のＮ型不純物の選択熱拡散処理を
行なって耐拡散層６を形成し、またＮ−型エピタキシャ
ル層４上には同じく選択熱拡散処理によりＰ型ベース領
域７を形成してからこのＰ型ベース領域７内に選択熱拡
散処理によってＮ＋型エミッタ領域Ｊ３を形成すること
により、第１図に示すようなＮＰＮ型のバイポーラトラ
ンジスタが形成されていた。。

ところで、バイポーラ）・ランジスタにおいては、トラ
ンジスタの動作速度を向上させるにはぺ・−ス抵抗を小
さくしてやる必すがあり、ベース抵抗を下げるに社、ベ
ース領域の不純物濃度を高くしてやればよい。

しかるに、本発明者が明らかにしたところによると、第
１図に示すような従来のバイポーラトランジスたにあっ
ては、Ｐ型ベース領域７全体が同時に形成されるため不
純物濃度ｔま均一であり、電流増幅率等に影響するエミ
ッタ領域８の下方の真性ベース領域の不純物濃度によっ
てベース全体の濃度が決定されてしまう。つまり、所望
の電流増幅率を得るために必要な真性ベース領域の不純
物濃度に合わせて外部ベース領域の濃度も決定されてい
た。そのため、従来のプロセスではバイポーラトランジ
スタの動作速度を向上させるにも限界があることが明ら
かにされた。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、従来に比べて顕著な効果を奏する半
導体技術を提供することにある。

この発明の他の目的は、高集積度のバイポーラトランジ
スタを提供することにある。

この発明の他の目的は、高周波に適用可能なバイポーラ
トランジスタを提供することにある。

この発明の他の目的は、例えばバイポーラ集積回路にお
けるバイポーラトランジスタの形成に適用した場合に、
トランジスタの動作速度を向上できるようにすることに
ある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおシである。

すなわち、この発明は、例えばバイポーラ集積回路にお
いて、ベース領域となる部分にＰ型不純物を打込み、拡
散させるに際して、マスクとなるシリコンナイトライド
等の絶縁膜を除去するときにエミッタが形成される部分
についてはこれを残しておいてＰ型ベース領域形成のた
めの選択熱拡散処理を行なってから、エミッタとなるべ
き部分の絶縁膜を除去し７た後、Ｐ型不純物を拡散させ
て真性ベース領域を形成し、しかる後Ｎ型不純物を拡散
させてＮ＋型型窩ミッタ領域形成させることによシ、真
性ベース領域と外部ベース領域を別々に形成できるよう
にし、これによってプロセスをほとんど増加させること
なく真性ベース領域に比べて外部ベース領域の不純物濃
度管高くしてベース抵抗を下げてやることができるよう
にし、上記目的を達成するものである。

以下−回を用いてこの発明を具体的に説明する。

〔実施例〕

第２図〜第７図は本発明をバイポーラ集積回路における
バイポーラトランジスタの製造技術に適用した場合の一
実施例を製造工１！順に示したものである。

この実施例では、Ｐ型シリコンのような半導体基板１上
にＮ゛１埋込層２およびチャンネルストッパ用Ｐ＋型拡
散層３を形成して、その上にＮ−型エピタキシャル層４
および分離用酸化膜（ｓｉｏ２）５を形成してから、コ
レクタの引上げ口となるＮ＋拡散Ｗｉ６を形成して第２
図に示すような構造を得るまでの工程は従来と全く同じ
である。これについては、背景技術のところで既に説明
したのでこれ以上言及しない。

第２図の状態からは、先ず半導体基板表面上にシリコン
ナイトライド膜（以下８ｉ、Ｎ４膜と称する）１１を形
成して、ホトエツチングによυベース領域となるべき部
分の５ｊ８Ｎ４膜１１を除去するのであるが、この実施
例では、ペース領域内のエミッタ領域が形成されるべき
部分の上には、Ｓｉ、Ｎ４膜１１ａが残るようにして他
の部分の８ｉ、Ｎ４膜を除去する。従って、コレクタ用
耐拡散層６の表面にもＳｉ３Ｎ、膜１１ｂが除去されな
いで残る。それから、この８ｉ、Ｎ４膜１１をマスクと
してボロン等のＰ型不純物を打ち込んで熱拡散または、
アニーリングを行なう。こめ場合ボロンは基板表面上の
厚い酸化膜５およびＳｉ、Ｎ４Ｉ［１１を突き抜けるこ
とがない程度のエネルギで打ち込んでやることにより、
Ｓ　ｉ　、　Ｎ４膜１１ａの下方を除くＮ−型エピタキ
シャル＃４」〕にＰ型拡散拡散層７形成され、第３図に
示すようか状態に々る。

この状態から、特に制限されないが熱酸化を行なう。す
ると８ｉ、Ｎ４膜１１ａの下方の酸化膜イはそれ以上成
長しないが、Ｐ型拡散層７ａ−トの酸化膜５″が成長し
てこの部勺に比較的厚い酸化Ｍ５ａが形成される。それ
から、次に上記５ｔｓＮ、膜１１をエツチングにＸり除
去１７てから、基板表面の５ｈｏｔ膜を軽くエツチング
する。すると、厚い酸化膜５はもちろんＰ型拡散層７ａ
上の少し厚めの酸化膜５ａが形成されていた以外の部分
、すなわち第３図のＳｉ、Ｎ、膜１１ａ下方のエミッタ
領域となる部分およびコレクタ用Ｎ　拡散層６の表面の
酸化膜が除去さり、、シリコン基板が露出する。

そとで次に基板表面全体に多結晶シリコンをデポジショ
ンしてから、ホトエツチングにより不用な部分の多結晶
シリコンを除いて、第４図に示すように、エミッタが形
成されるべきＮ−型エピタキシャル層４０表面とその周
辺およびコレクタ用Ｎ＋拡散層６０表面にポリシリコン
層１２ｇ、１２ｂが形成されるようにする。

なお、このポリシリコン層１２ａ　、１２ｂの形成は、
従来においても、エミッタ電極を構成するアルミニウム
のベース領域への突抜けを防止し電極の接触抵抗を減少
させるために行なわれる場合があるので、そのような装
置においては新たな工程の追加とはならない。しかも、
上記のごと（ＳｉｓＮ４１［１１を除去する前に熱酸化
を行瀝ってＰ型拡散層７ａ上の酸化膜を厚くさせておく
ことによって、ポリシリコン層１２ａ、１２ｂが形成さ
れる部分の酸化膜のみを簡単に選択除去して基板との接
触を図ることができる。　□ 第４図の状態の後は、上記ＰＭ拡散層７ａ主の酸化膜５
Ｂを突き抜けかい程度のエネルギで膚ロン等のＰ型不純
物をポリシリコン層り２ａ内へ打ち込んでポリシリコン
層１２ａから拡散させることにより、第５図のように比
較的薄いＰ−型拡散層７ｂを形成する。このとき、ポリ
シリコン層１２ｂの下方のＮ″拡散層６にもＰ型不純物
が拡散されるが、Ｎ４°拡散層６社充分に濃度が高くさ
れているので多少Ｐ型不純物が拡散されても支障はほと
んどない。

そして、次に、ひ素のようなＮ型不純物をポリシリコン
層１２ａに打込んで熱拡散させることにより第６図に示
すように上記Ｐ−型型数散層１）上にエミッタ領域とな
る比較的浅いＮ＋型型数散層８形成させる。

しかる後、基板表面上にＰ８ＧＢ！Ｘ（ＩＪン・シリコ
ン・ガラス膜）１３をデポジションしてから、コンタク
トホールを形成し、それからアルミ蒸着を唇なってホト
エツチングにより配線および電極１４を形成してからそ
の」二にパシペーシ１ン［１５をＣｖｉＤ　（ケミカル
拳ベイバ・−Ｏデポジション）法等によｐ形成して第７
図のような完成状態とされる。

上記実施例によれば、エミッタ領域となるＮ＋型型数散
層８下方の真性ベース領域たるＰ−型拡散層７ｂが、そ
の外側の外部ベース領域たるＰ型拡散層７ａと別個に形
成される。そのため、外部ベース領域７ａの不純物濃度
を真性ベース領域７ｂの濃度よりも高くすることができ
る。その結果、上記実施例によって得られたバイポーラ
トランジスタは、外部ベース領域７ａの抵抗が小さくな
ってベース全体の濃度が均一の場合に比べて動作速度が
向上される。

また、上記実施例においては、ポリシリコン層１２ａか
らの拡散によって真性ベース領域たるＰ−型拡散層７ｂ
およびエミッタ領域たるＮ＋型型数散層８形成されるよ
うにされているため、直接拡散させる場合に比べて真性
ベース領域（７ｂ）の接合深さとエミッタ領域（８）の
接合深さを浅くでき、かつ真性ベース領域（７ｂ）の厚
さを薄くすることができる。これによって、エミッタお
よびベースのＰＮ接合の寄生容量が小さくされ、トラン
ジスタの周波数特性が向−Ｉニされ、動作速度が速くな
る。

しかも、ポリシリコン層１２ａからの拡散によって真性
ベース領域（７ｂ）とエミッタ領域（８）を形成してい
るので、ニーミッタ・ベース間の短絡が防止される。ず
なわら、ポリシリコン層１２ａを形成しないで直接べ−
・スとエミッタの拡散を行なうと、その後に行なわれる
洗浄によって酸化膜５ａが削られて酸化膜５ａとエミッ
タ領域（８）との境界が後退し、これに」：ってベース
とエミッタのＰＮ接合の端部が表面に霧出されるおそれ
がある。すると、この上に形成されるアルミ電極によっ
て、ＰＮ接合間がショーＦされてしまう。しかるに、上
記実施例によればポリシリコン層１２ａで覆われるため
酸化膜５ａの境界の後退がなくな９、エミッタ・ベース
間の短絡が防止される。また酸化膜５ａの境界の後退が
ないので、その分エミッタ領域の面積を小さく設計する
ことができ、これによって更にエミッタの寄生容量が減
少され、動作速度が向上される。

〔効果〕

ベース領域形成の際にエミッタ領域と々るべき部分にマ
スクとなる絶縁膜を残しておいて、選択熱拡散を行なっ
て外部ベース領域を形成してから、エミッタが形成され
るべき部分の絶縁膜を除去して選択的に熱拡散を行なっ
て真性ベース領域を形成した後、この真性ベース領域上
にエミッタ領域を形成させるようにしたので、真性ベー
ス領域と外部ベース領域を別個の工程で形成できるとい
う作用により、外部ベース領域の不純物濃度を真性ベー
ス領域の濃度よりも高くすることによって外部ベース領
域の抵抗を下げ、これによってバイポーラトランジスタ
の動作速度を向上させることができる。

また、ベース領域形成の際にエミッタ領域となるべき部
分にマスクとなる絶縁膜を残しておいて、選択熱拡散を
行なって外部ベース領域を形成してから、この外部ベー
ス領域の上方に選択的な表面酸化を行なって比較的厚い
酸化膜を形成し、それから上記エミッタが形成されるべ
き部分の絶縁膜を除去して選択的に熱拡散を行なって真
性ベース領域を形成した後、この真性ベース領域」二に
エミッタ領域を形成させるようにしたので、エミッタ部
分の絶縁膜を除去する際に全体的にエツチングを行なっ
ても外部ベース領域」二に酸化膜を残すことができると
いう作用にょシ、簡革彦プロセス（外部ベース領域表面
の選択酸化）を追加するだけで、外部ベース領域上の酸
化膜をマスクとして真性ベース領域およびエミッタ領域
の選択的な熱拡散を行なうことができ、これによって列
部ベース領域の不純物ｆＩｋＩ＆を簡単に真性ベース領
域よシも高くすることができる。

さらに、ベース領吠形成の際にエミッタ領域となるべき
部分にマスクとなる絶縁膜を残しておいて、選択熱拡散
を行なって外部ベース領域を形成してから、エミッタが
形成されるべき部分の絶縁膜を除去した後ポリシリコン
層を形成し、このポリシリコン層に適当な不純物を打ち
込んで熱拡散させることにより、真性ベース領域および
エミッタ領域を形成させるようにしたので、ポリシリコ
ン層からの不純物拡散により、比較的浅くかつ薄′　い
真性ペース領域と比較的浅いエミッタ領域が形成される
という作用で、寄生容量が減少されトランジスタの動作
速度が向上されるという効果がある。

以」〕本発明者によってなされた発明を実施例にもとづ
き具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。

たとえば、反応性イオンエツチングによってつくられた
溝に絶縁物を埋め込む、いわゆるトレンチ分離方式へも
適用できる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるバイポーラ集積回路
におけるバイポーラトランジスタの形成技術について説
明したが、それに限定されるものではなく、たとえば、
ＭＯ８集積回路におけるバイポーラトランジスタの形成
技術などにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

＃１ｃ１図は従来の半導体集積回路におけるバイポーラ
トランジスタの構成例を示す断面図、第２図〜第７回目
本発明をバイポーラ集積回路に適用した場合の一実施例
を製造工程順に示した半導体基板の景部断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・Ｎ＋＋込層、４・・・Ｎ
型エピタキシャル層、５・・・酸化膜、６・・−コレク
タ用Ｎ＋拡散層、７ト・・Ｐ型拡散層（外部ペース領域
）、７ｂ・・・Ｐ型拡散層（真性ペース領域）、８・・
・Ｎ＋型型数散層エミッタ領域）、１１・・・絶縁膜（
８１ｍＮｎ膜）　、１２ａ、１２ｂ・・・ポリシリコン
層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板」二に骸半導体基板と異なる導電型の埋
   込層を形成し、その上にエピタキシャル層を形成Ｉ〜て
   から絶＊ａを形成し、この絶縁膜をマスクとして選択熱
   拡散によシバイポーラトランジスタのコ１／クタ領械と
   ベース領域とエミッタ領域を別々に形成する半導体装置
   の製造方法であって、上記ベース領域形成の際にエミッ
   タ領域と表るべき部分にマスクとなる給１１Ｍ＋残して
   おいで、選択熱拡散を行かって列部ベース領域を形成し
   てから、上記エミッタが形成されるべき部分の絶縁膜を
   除去して選択熱拡散によル真性ベース領域を形成した後
   、この真性ベース領域上にエミッタ領域を形成させるよ
   うにした半導体装置の製造方法。 ２、選択熱拡散を行なって外部ベース領域を形成してか
   らエミッタが形成されるべき部分の絶縁膜を除去する前
   に選択的に表面酸化を行なって外部ベース領域上に比較
   的厚い酸化膜を形成させるようにしたとどを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３、エミッタ領域が形成さＪするべき部分の絶縁膜を除
   去してからポリシリコン層を形成し、このポリシリコン
   層に適当Ａ不純物を打ち込んで熱拡散さぜることによシ
   、真性ベース領域およびエミッタ領域を形成させるよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは
   第２項記載の半導体装置の製造方法。