JPS6137773B2 - - Google Patents

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JPS6137773B2
JPS6137773B2 JP55041644A JP4164480A JPS6137773B2 JP S6137773 B2 JPS6137773 B2 JP S6137773B2 JP 55041644 A JP55041644 A JP 55041644A JP 4164480 A JP4164480 A JP 4164480A JP S6137773 B2 JPS6137773 B2 JP S6137773B2
Authority
JP
Japan
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semiconductor layer
type
metal film
melting point
point metal
Prior art date
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Application number
JP55041644A
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English (en)
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JPS56146231A (en
Inventor
Kazuyoshi Shinada
Shinji Saito
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CHO ERU ESU AI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
CHO ERU ESU AI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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Priority to JP4164480A priority Critical patent/JPS56146231A/ja
Publication of JPS56146231A publication Critical patent/JPS56146231A/ja
Publication of JPS6137773B2 publication Critical patent/JPS6137773B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/01Manufacture or treatment
    • H10W10/031Manufacture or treatment of isolation regions comprising PN junctions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/30Isolation regions comprising PN junctions

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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しく
はアイソレーシヨン領域で素子分離されたエピタ
キシヤル基体の形成手段を改良した半導体装置の
製造方法に係る。
従来、バイポーラデイバイスの基体として用い
られるエピタキシヤル基体は半導体基板に所望の
エピタキシヤル層を気相成長することにより造ら
れる。こうして得られたエピタキシヤル基体のエ
ピタキシヤル層にトランジスタ等の素子を形成す
るには例えば第1図に示すようにn+埋込層2が
形成されたp-シリコン基板1上のn型エピタキ
シヤル層3に拡散マスク4を介してボロン等のp
型不純物を拡散して予め素子分離のためのp+
アイソレーシヨン領域5を設ける必要がある。し
かしながら、かかる従来法にあつては、エピタキ
シヤル層を成長するに際し、高価な気相成長装置
を用いる必要があり、しかも所望のエピタキシヤ
ル層を得るためには成長温度等を厳密に制御しな
ければならず生産性の低下要因になる欠点があ
る。また、p+型アイソレーシヨン領域の形成に
あたつては、第1図に示すように水平方向への拡
散が伴なうため、デイバイスの高集積化が損なわ
れる欠点がある。
これに対し、本発明は上記欠点を克服すべく
種々検討した結果、単結晶の半導体基板上に第一
導電型の不純物を含む非結晶性半導体層わ被覆
し、更に該半導体層の所望部分を高融点金属膜で
覆い、これをマスクとして第二導電型の不純物を
半導体層に選択的にイオン注入した後、レーザ光
を照射した場合、非結晶性半導体層は単結晶半導
体基板よりはるかにレーザ光のエネルギーを吸収
し易く、かつ前記高融点金属膜の反射性により該
金属膜で覆われた領域以外の非結晶性半導体層が
単結晶半導体基板を結晶核としてそれと接する部
分から単結晶化すると共に、前記第二導電型のイ
オン注入部が拡散されて第二導電型の単結晶半導
体層を選択的に形成できることを究明した。しか
も、前記高融点金属膜を除去した後、再度レーザ
光を照射した場合、前述の如くレーザ光のエネル
ギー吸収は単結晶半導体に比べて非結晶性半導体
層の方が大きいために、高融点金属膜が除去され
た非結晶性半導体層部分は選択的に溶融し、同様
に単結晶化され、一方既に形成された第二導電型
の単結晶半導体層はレーザ光のエネルギーをほと
んど吸収せず熱効果を受けることがないために該
単結晶半導体層中の第二導電型の不純物が横方向
等に再拡散することはないことを究明した。
しかして、本発明者は上記知見に基づき更に鋭
意研究した結果、半導体基板上に第一導電型の不
純物を含む非結晶性半導体層を被覆し、この半導
体層の所望部分を高融点金属膜で覆い、これをマ
スクとして第二導電型の不純物を前記半導体層部
分にイオン注入した後、レーザ光の照射を施すこ
とによつて、高融点金属膜以外の露出した半導体
層部分を第二導電型の単結晶半導体層に変換でき
る。しかるに、高融点金属膜を除去した後、再度
レーザ光の照射を施すことによつて、前記工程で
形成された単結晶半導体層中の第二導電型の不純
物の再拡散を招くことなく、高融点金属膜が除去
された第一導電型の不純物を含む非結晶性半導体
層部分を第一導電型の単結晶半導体層に変換でき
る。その結果、マスクとなる高融点金属膜に対す
るパターン変換差がほとんどなく、所定幅の単結
晶半導体層からなるアイソレーシヨン領域で分離
されたこれと反対導電型の単結晶半導体層を半導
体基板上に極めて簡単かつ再現性よく形成でき、
この基体のアイソレーシヨン領域で分離された単
結晶半導体層にバイポーラトランジスタ等を形成
することによつて高集積度化、高信頼性の半導体
装置を製造し得る方法を見い出した。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、半導体基板上にCVD法等により第一導
電型の不純物を含む非結晶性半導体層を被覆す
る。この半導体層中の不純物はn型(例えば砒
素、リン等)またはp型(例えばボロン等)であ
る。また、前記非結晶性半導体層の被覆にあたつ
ては、従来のエピタキシヤル層を形成するような
高価な気相成長装置は必要とせず、しかも厳格か
つ煩雑な気相成長制御を要せず、極めて簡単に行
なえる。つづいて、前記非結晶性半導体層の所望
部分を例えば写真蝕刻法等により高融点金属膜で
覆う。この高融点金属膜はこの後に示す第二導電
型の不純物のイオン注入に際しての注入マスクと
して作用すると共に、レーザ光の照射に際しても
該レーザ光を反射してレーザ光のマスクとして作
用する。かかる高融点金属としては、例えばモリ
ブデン、タンタル、タングステン等を挙げること
ができる。高融点金属膜で覆う非結晶性半導体部
分を具体的に例示すると、素子領域形成予定部又
はアイソレーシヨン領域形成予定部である。こう
した二つの形成予定部の被覆選択的にあたつて
は、非結晶性半導体層の導電型(又はイオン注入
する不純物の導電型)によつて行なえばよい。
次いで、前記高融点金属膜をマスクとして該金
属膜以外の露出した非結晶性半導体層部分に第二
導電型の不純物をイオン注入した後、レーザ光の
照射を施す。このイオン注入条件はその目的から
高融点金属膜下の半導体層まで通過せず、露出し
た半導体層部分に十分不純物を注入し得るエネル
ギー条件で行なう必要がある。かかる第二導電型
の不純物とは、前記半導体層中の不純物がn型の
場合、p型であり、同半導体層中の不純物がp型
の場合、n型である。レーザ光の照射は露出する
イオン注入された非結晶性半導体層を選択的に溶
融し、第二導電型の単結晶半導体層に変換させる
観点から、非結晶性半導体層のみにエネルギーが
吸収される波長のレーザ光を選定する必要があ
る。かかるレーザ光としては、例えば波長1.06μ
mのNd−YAGレーザ光等を用いることができ
る。つづいて、前記高融点金属膜を除去した後、
再度レーザ光の照射を施す。このレーザ光は前記
レーザ光を同様な波長を有するものを用いること
が必要である。こうしたレーザ照射により金属膜
が除去された第一導電型の不純物を含む非結晶性
半導体層部分、つまり第二導電型の不純物がイオ
ン注入されなかつた半導体層部分が第一導電型の
単結晶半導体層に変換され、半導体基板上に互に
導電型の異なる単結晶半導体層が形成される。そ
の後、これら半導体層の一方をアイソレーシヨン
領域、他方を素子領域とし、この素子領域にバイ
ポーラトランジスタ、MOSトランジスタ等を形
成することにより半導体装置を製造する。なお、
前記素子領域にバイポーラトランジスタ(特に
npnバイポーラトランジスタ)を形成する場合、
通常コレクタのシリーズ抵抗を低減するためにn
+型埋込層を基板と素子領域間に形成していた
が、近年の浅い接合形成技術の進歩により、単結
晶半導体層の厚さを薄くすれば前記埋込層の形成
は不要となる。
次に、本発明をバイポーラ集積回路の製造に適
した例について図面を参照して説明する。
実施例 1 〔〕 まず、第2図aに示すように比抵抗30〜
50Ω−cmのp-型シリコン基板11上にn型不
純物であるリンを5×1016/cm3ドープした非結
晶性シリコン層12を厚さ0.8μm堆積した
後、全面に厚さ1.0μmのモリブデン膜を真空
蒸着し、写真蝕刻法によりパターニングして素
子形成領域となるべき非結晶性シリコン基層1
2上をモリブデン膜13で覆つた。
〔〕 次いで、p型不純物であるボロンを出力
50Kev、ドーズ量1×1014/cm2の条件で全面に
イオン注入してモリブデン膜13以外の露出す
る非結晶性シリコン層12部分にドープした後、
波長1.06μm、パルス巾200nsec、エネルギー
密度5J/cm2のNd−YAGレーザ光を全面に照射
した。この時、モリブデン膜13の存在しない
イオン注入非結晶性シリコン層12部分が溶融
し、液相エピタキシイによつて単結晶化すると
共に表面近傍にドープされたボロンは急速に拡
散し、p-型シリコン基板11に達し、第2図
bに示すように不純物濃度1×1018/cm3のp型
アイソレーシヨン領域14が形成された。な
お、モリブデン膜13下の非結晶性シリコン層
12部分はレーザ光を影響を受けず非結晶性の
状態のまま残つた。
〔〕 次いで、モリブデン膜13をリン酸系の
エツチヤントで除去し、再度波長1.06μm、パ
ルス巾200nsec、エネルギー密度5J/cm2のNd−
YAGレーザ光を全面照射した。この時モリブ
デン膜13が除去されることにより露出したリ
ンドープ非結晶性シリコン層12部分が液相エ
ピタキシイによつて単結晶化し、第2図cに示
すように比抵抗0.2Ω−cm、接合深さ0.8μm
で、不純物濃度がシリコン堆積時と同等のn型
エピタキシヤル領域15(素子形成領域)が形
成された。その後、n型エピタキシヤル領域1
5に常法に従つてρs=800Ω/□、接合深さ
0.5μmのp型内部ベース領域16、p+型外部
ベース領域17を形成し、更に内部ベース領域
16内にρs=20Ω/□、接合深さ0.6μmの
+型エミツタ領域18、及びコレクタ領域と
してのn型エピタキシヤル領域15にn+コレ
クタ電極接触領域19を形成した後、シリコン
酸化膜20の成長、コンタクトホール21…2
1の開孔及びAl膜を男蒸着、パターニングに
よりベース、エミツタ、コレクタと接続する
Al配線22,23,24を形成してバイポー
ラ集積回路を製造した(第2図d図示)。
上記実施例1において、モリブデン膜13を
マスクとして利用し、レーザ光の照射を併用す
ることによつて、p型アイソレーシヨン領域1
4と素子形成領域としてのn型エピタキシヤル
領域15とを簡便に形成でき、かつ両領域1
4,15の寸法をモリブデン膜13の形状によ
つて精度よく規定でき、極めて簡易な製造プロ
セスで高集積化、高信頼性のバイポーラ集積回
路を製造できた。
実施例 2 〔〕 まず、第3図aに示すように前記実施例
1と同様なp-型シリコン基板11上にp型不
純物であるボロンを1×1016/cm3ドープした非
結晶性シリコン層12′を厚さ0.8μm堆積した
後、全面に厚さ1.0μmのモリブデン膜を真空
蒸着し、写真蝕刻法によりパターニングしてア
イソレーシヨン領域となるべき非晶質シリコン
層12′上をモリブデン膜13′で覆つた。
〔〕 次いで、n型不純物であるリンを出力
50kev、ドーズ量4×1012/cm2の条件で全面に
イオン注入してモリブデン膜13′のマスク作
用によりこの膜13′以外の露出する非結晶性
シリコン層12′部分にドープした後、波長
1.06μm、パルス巾200nsec、エネルギー密度
5J/cm2のNd−YAGレーザ光を全面照射した。
この時、モリブデン膜13′の存在しないイオ
ン注入非結晶性シリコン層12′部分が溶融
し、液相エピタキシイによつて単結晶化すると
共に、表面近傍にドープされたリンは急速に拡
散し、p-型シリコン基板11との界面まで達
し、第3図bに示すように不純物濃度3×
1016/cm3、比抵抗0.2Ω−cm、接合深さ0.8μm
のn型エピタキシヤル領域15′(素子形成領
域)が形成された。
〔〕 次いで、モリブデン膜13′をリン酸系の
エツチヤントで除去し、再度前述したのと同様
な条件のNd−YAGレーザ光を全面照射した。
この時、モリブデン膜13′が除去されること
により露出したボロンドープ非結晶性半シリコ
ン層12′部分が液相エピタキシイによつて単
結晶化し、第3図cに示すように不純物濃度が
非結晶性シリコン層の堆積時と同時のP型アイ
ソレーシヨン領域14′が形成された。その
後、前記実施例1と同様、n型エピタキシヤル
領域15′にnpnバイポーラトランジスタを形
成し、Al配線を設けてバイポーラ集積回路を
製造した。
上記実施例2においても極めて簡易な製造プ
ロセスにより高集積度で高信頼性のバイポーラ
集積回路を製造できた。
以上詳述した如く、本発明によれば半導体基板
上への第一導電型不純物を含む非結晶性半導体層
の被覆、この半導体層上への選択的な高融点金属
膜の被覆、該金属膜をマスクとした第二導電型の
不純物のイオン注入、レーザ光の照射、更には高
融点金属膜の除去後の再度のレーザ光照射の工程
を行なうことによつて、単結晶のアイソレーシヨ
ン領域、素子形成領域を容易に形成できると共
に、両領域の寸法を前記高融点金属膜の形状によ
り精度よく制御でき、もつてこの素子形成領域に
トランジスタ等を形成することにより高集積度で
高信頼性の半導体装置を極めて簡単かつ再現性よ
く製造できる等顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来法により製造されたp+アイソレ
ーシヨン領域で分離されたn型エピタキシヤル層
を有する基体の断面図、第2図a〜dは本発明の
実施例1におけるバイポーラ集積回路の製造工程
を示す断面図、第3図a〜cは本発明の実施例2
におけるバイポーラ集積回路の一部の工程を示す
断面図である。 11……p-シリコン基板、12,12′……不
純物ドープ非結晶性シリコン層、13,13′…
…モリブデン膜、14,14′……p型アイソレ
ーシヨン領域、15,15′……n型エピタキシ
ヤル領域(素子形成領域)、16……p型内部ベ
ース領域、17……p+型外部ベース領域、18
……n+型エミツタ領域、19……n+型コレクタ
電極接触領域、20……シリコン酸化膜、22,
23,24……Al電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板上に第一導電型の不純物を含む非
    結晶性半導体層を被覆する工程と、この非結晶性
    半導体層上の所望部分を高融点金属膜で覆う工程
    と、この高融点金属膜をマスクとして露出する非
    結晶性半導体部分に第二導電型の不純物を選択的
    にイオン注入した後、レーザ光の照射を施す工程
    と、前記高融点金属膜を除去した後、再度レーザ
    光の照射を施す工程とを具備したことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
JP4164480A 1980-03-31 1980-03-31 Manufacture of semiconductor device Granted JPS56146231A (en)

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JP4967205B2 (ja) * 2001-08-09 2012-07-04 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法

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