JP2000124223A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2000124223A
JP2000124223A JP10293569A JP29356998A JP2000124223A JP 2000124223 A JP2000124223 A JP 2000124223A JP 10293569 A JP10293569 A JP 10293569A JP 29356998 A JP29356998 A JP 29356998A JP 2000124223 A JP2000124223 A JP 2000124223A
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JP10293569A
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Kazumi Ino
納 和 美 井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 ベース抵抗を可及的に低くすることを可能に
する。 【解決手段】 第1導電型の半導体基板2に形成された
第1導電型と異なる第2導電型の半導体層4と、半導体
層上に形成されて素子分離絶縁膜8によって素子分離さ
れた第2導電型のコレクタ領域6およびコレクタ電極領
域6aと、コレクタ領域を覆う領域上に形成された第1
導電型のベース層10と、このベース層の表面領域の一
部分領域に形成された第2導電型のエミッタ層22と、
このエミッタ層が形成された領域を除くベース層の表面
領域にエミッタ層と分離されて形成された導電膜12
と、エミッタ層上に形成されたエミッタ電極20と、ベ
ース層および導電膜とエミッタ電極とを電気的に分離す
る絶縁層14,18と、を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラトラン
ジスタを有する半導体装置およびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、高速LSIを実現するため高速シ
リコンバイポーラ技術の開発が進められ、図3に示すよ
うに、エピタキシャル技術を用いた高性能のトランジス
タを形成する技術が提案されている。このようなトラン
ジスタはまず高濃度のn型埋め込み層4を有するシリコ
ン基板2上にコレクタエピタキシャル層6を成長させ、
さらに例えば酸化膜からなる絶縁層8で絶縁分離する。
次いでエピタキシャル技術を用いてコレクタエピタキシ
ャル層6上のみにベース領域となるシリコン単結晶32
を成長させる。この際、選択的なエピ成長技術を用いれ
ばコレクタエピタキシャル層6上のみにベース領域とな
るシリコン単結晶32を成長させることが可能である
し、非選択的な成長技術を用いれば、コレクタエピタキ
シャル層6上にはシリコン単結晶を、絶縁層8上には多
結晶シリコンを成長させることが出来る。その後酸化膜
を全面に堆積した後、ベースエピタキシャル層32に所
定のパターニングを行うことにより、エッチングストッ
パー膜36が形成される。次に、ベース引きだし電極と
なる多結晶シリコン38を堆積しp型の不純物をイオン
注入し、さらに酸化膜40及び窒化膜42をCVD法に
よって順次堆積する。その後エミッタ領域を形成するた
めの開口を開ける。その後、窒化膜をCVD法により堆
積し、異方性イオンエッチングを行ってサイドウォール
・スペーサ44を形成する。次いでエッチングストッパ
ー36をウェット系のエッチングでベースエピタキシャ
ル層32にダメージを与えることなくエッチングし開口
を形成する。次いで多結晶シリコン膜46を堆積、n型
の不純物をイオン注入し、熱処理を行って不純物を拡散
させエミッタ層48を形成する。次いで、n型不純物を
含む多結晶シリコン膜46を所定の形状にパターニング
する。その後は従来の技術により金属電極の形成を行っ
てトランジスタを完成させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような方法で製造
されたトランジスタでは非常に薄いベース層が形成でき
るので、従来のイオン注入や拡散技術で形成されるベー
ス層を持つトランジスタに比べて高い遮断周波数を得る
ことが出来る。しかしながらこのような構造と製造方法
では、エッチングストッパー膜36直下のベース抵抗が
非常に大きいために、全体的な回路パフォーマンスの低
下や熱雑音の発生の原因となっていた。
【0004】また、選択エピタキシャル成長させた場合
は、ベース引き出し電極38とベース領域32のコンタ
クトを取るための領域が必要になり、コレクタ領域6の
幅を大きくしなければならない。一方、非選択エピタキ
シャル成長でベース層32を形成した場合には、コレク
タ領域6と素子分離酸化膜8の境界で、ベースエピタキ
シャル層32にはファセットが入り、これとエミッタ層
48が重ならない様にするためにも、コレクタ領域6の
幅は大きくしなくてはならない。
【0005】そのため、素子の高速化に欠かせないベー
ス・コレクタ間容量が小さく出来なかった。
【0006】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、ベース抵抗を可及的に小さくすることのでき
る半導体装置およびその製造方法を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、第1導電型の半導体基板に形成された第1導電型と
異なる第2導電型の半導体層と、前記半導体層上に形成
されて素子分離絶縁膜によって素子分離された第2導電
型のコレクタ領域およびコレクタ電極領域と、前記コレ
クタ領域を覆う領域上に形成された第1導電型のベース
層と、このベース層の表面領域の一部分領域に形成され
た第2導電型のエミッタ層と、このエミッタ層が形成さ
れた領域を除く前記ベース層の表面領域に前記エミッタ
層と分離されて形成された導電膜と、前記エミッタ層上
に形成されたエミッタ電極と、前記ベース層および前記
導電膜と前記エミッタ電極とを電気的に分離する絶縁層
と、を備えたことを特徴とする。
【0008】なお、前記半導体基板はシリコン基板であ
り、前記ベース層は単結晶シリコン層であることをが好
ましい。
【0009】なお、前記導電膜は高融点金属シリサイド
膜であることが好ましい。
【0010】また本発明による半導体装置の製造方法
は、第1導電型の半導体層を有するシリコン半導体基板
上に第1導電型のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層をパターニングしてコレクタ領域
とコレクタ電極領域に分離するとともにその後、絶縁膜
を埋込むことによりコレクタ領域とコレクタ電極領域を
素子分離する工程と、選択的エピタキシャル技術を用い
て前記コレクタ領域を覆う領域上に、前記第1導電型と
異なる第2導電型の不純物を含む単結晶シリコンからな
るベース層を形成する工程と、前記ベース層上に金属シ
リサイド膜を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を堆積
した後、この層間絶縁膜および前記金属シリサイド膜を
順次パターニングすることにより前記ベース層に達する
開口を形成する工程と、前記開口の側面に絶縁物からな
るスペーサを形成する工程と、第1導電型の不純物を含
む多結晶シリコン膜を堆積した後、熱拡散により前記ベ
ース層の表面領域に第1導電型のエミッタ層を形成する
工程と、を備えたことを特徴とする。
【0011】なお、前記選択的エピタキシャル技術は、
前記ベース層が積層される縦方向よりも横方向の、単結
晶シリコンの成長が速いことが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明による半導体装置の一実施
の形態の構成を図1に示す。この実施の形態の半導体装
置はp型のシリコン基板2上に形成された高濃度のn型
埋込み層4を有している。そしてこの埋込み層4上には
素子分離絶縁膜8によって分離されたn型のコレクタ層
6とn型のコレクタ電極層6aが形成されている。この
コレクタ電極層6aとコレクタ層6とは埋込み層4を介
して電気的に接続される。
【0013】またコレクタ層6上にはこのコレクタ層6
を覆うようにp型の不純物を含んでいる単結晶シリコン
からなるベース層10が形成されている。このベース層
10の所定の表面領域にn型のエミッタ層22が形成さ
れている。また、ベース層10の表面には、エミッタ層
22と電気的に分離されるように導電膜、例えば高融点
金属シリサイド膜12が形成されている。
【0014】エミッタ層22上にはこのエミッタ層22
と電気的に接続するようにエミッタ電極20が形成され
ている。このエミッタ電極20は、絶縁膜18によって
ベース層10と電気的に絶縁され、絶縁膜14によって
金属シリサイド膜12と電気的に絶縁される。なお絶縁
膜14は金属シリサイド膜12を覆うように形成されて
いる。そして絶縁膜18はベース層10の、金属シリサ
イド膜12が形成されている領域を除いた表面領域上に
形成されている。
【0015】またエミッタ電極20を覆うように層間絶
縁膜26が形成されている。そしてこの層間絶縁膜26
には、エミッタ電極20とのコンタクトを取るため金属
電極27が形成されている。また層間絶縁膜26および
絶縁膜14にはベース層10上の金属シリサイド層1
2、コレクタ電極6aとの各々のコンタクトを取るため
の金属電極28,29が設けられている。
【0016】このように構成された本実施の形態の半導
体装置によれば、従来の場合と異なり、エッチングスト
ッパ膜が不要となるとともに、エミッタ層22および絶
縁膜18直下の領域を除くベース層10上には金属シリ
サイド膜が形成されているため、従来の場合に比べてベ
ース抵抗を低くすることができる。これにより熱雑音の
発生を抑えることができる。
【0017】次に上記実施の形態の半導体装置の製造方
法を図2を参照して説明する。
【0018】まず図2(a)に示すように、p型シリコ
ン基板2上に通常の拡散技術を用いて高濃度のn型埋込
み層4を形成し、さらにn型のコレクタエピタキシャル
層6を成長させる。その後絶縁物8を用いてバイポーラ
トランジスタの活性領域となるコレクタ層6とコレクタ
電極層(図示せず)を絶縁分離する。
【0019】次いで図2(b)に示すように、エピタキ
シャル技術によってシリコン単結晶10を成長させる。
このとき、所定の圧力、温度、ガス流量で活性領域6上
に成長した単結晶を横方向により早い速度で成長させ
る。この際、所定の圧力、温度、ガス流量で例えばジボ
ラン(B)を混入させ、エピタキシャル層を成長
させながらp型にドープする。さらに、例えばモノゲル
マン(GeH)を所定の圧力、温度、ガス流量で加え
てやればSiGe層を形成する事も可能である。なおコ
レクタ電極層上には単結晶シリコンを成長させない。
【0020】次に図2(c)に示すように、ベースエピ
タキシャル層10の表面に金属シリサイド膜12を形成
する。これは、例えばチタンを全面にスパッタした後、
熱を加えてシリコン原子と反応させてチタンシリサイド
化する方法がある。あるいはスパッタ金属として、ニッ
ケルやコバルトあるいはタングステンなどを用いること
も可能である。
【0021】その後図2(d)に示すように、所定の膜
厚の絶縁膜たとえば酸化膜14をCVD法によって堆積
する。
【0022】次に図2(e)に示すように、所定のフォ
ト・リソグラフィ技術を用いて酸化膜14に開口16を
形成する。この時、酸化膜14のエッチング条件では金
属シリサイド膜12でエッチングはストップし、ベース
エピタキシャル層10にダメージを与えることはない。
その後、開口16にさらされた部分の金属シリサイド膜
12のみを、ウェット系のエッチングで除去する(図2
(e)参照)。
【0023】その後図2(f)に示すように、絶縁物た
とえば窒化膜を所定の厚さで堆積し、反応性イオンエッ
チングを行うことによってスペーサ18を形成し、エミ
ッタの形成される開口19が形成される。
【0024】その後、図2(g)に示すように、全面に
多結晶シリコン20を堆積し、砒素をイオン注入後、熱
工程を加えてベースエピタキシャル層10内に砒素を拡
散させ、エミッタ層22を形成する。なお、ここで砒素
をイオン注入する代わりに多結晶シリコン20を、すで
に砒素がドープされた多結晶シリコンにする事も可能で
ある。また多結晶シリコンの代わりに砒素のドープされ
たシリコン結晶をエピタキシャル成長させても良い。
【0025】その後は、全面に層間絶縁膜26を堆積
し、この層間絶縁膜26および酸化膜14にエミッタ電
極20、ベース層10、コレクタ電極6aとのコンタク
トを取るための開口を各々形成する(図1参照)。そし
て全面に金属(例えばAl)をスパッタリング法を用い
て上記コンタクトを埋込むように堆積した後、パターニ
ングすることにより金属電極27,28,29を形成し
てバイポーラトランジスタを完成する(図1参照)。
【0026】この製造方法によれば、従来の方法と異な
りエッチングストッパ膜を形成する必要がないため、製
造工程が従来の場合よりも少なくなる。また、横方向エ
ピタキシャル成長技術により、非常に小さいベース・コ
レクタ間容量の達成が可能となる。その結果、素子の高
速化が可能となる。またベース抵抗を低くすることが可
能となるので熱雑音の発生も抑えることが出来るので、
アナログ分野への応用でも大きな効果を得ることができ
る。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ベ
ース抵抗を可及的に低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の一実施の形態の構成
を示す断面図。
【図2】図1に示す実施の形態の半導体装置の製造工程
を示す工程断面図。
【図3】従来の半導体装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
2 半導体基板 4 高濃度埋込み層 6 コレクタ層 6a コレクタ電極 8 素子分離絶縁膜 10 ベース層 12 高融点金属シリサイド膜 14 絶縁膜 16 開口 18 スペーサ(絶縁膜) 19 開口 20 エミッタ電極 22 エミッタ層 26 層間絶縁膜 27 金属電極 28 金属電極 29 金属電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB01 BB02 BB14 BB25 DD07 DD37 DD55 DD64 DD65 DD72 DD78 DD84 EE12 EE15 EE17 GG06 5F003 AP07 BA25 BA96 BB05 BB08 BB90 BC08 BC90 BE07 BE08 BE90 BF03 BF06 BF90 BG03 BH07 BH94 BM01 BP06 BP31 BP93

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板に形成された第1
    導電型と異なる第2導電型の半導体層と、 前記半導体層上に形成されて素子分離絶縁膜によって素
    子分離された第2導電型のコレクタ領域およびコレクタ
    電極領域と、 前記コレクタ領域を覆う領域上に形成された第1導電型
    のベース層と、 このベース層の表面領域の一部分領域に形成された第2
    導電型のエミッタ層と、 このエミッタ層が形成された領域を除く前記ベース層の
    表面領域に前記エミッタ層と分離されて形成された導電
    膜と、 前記エミッタ層上に形成されたエミッタ電極と、 前記ベース層および前記導電膜と前記エミッタ電極とを
    電気的に分離する絶縁層と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】第1導電型の半導体層を有するシリコン半
    導体基板上に第1導電型のエピタキシャル層を形成する
    工程と、 前記エピタキシャル層をパターニングしてコレクタ領域
    とコレクタ電極領域に分離するとともにその後、絶縁膜
    を埋込むことによりコレクタ領域とコレクタ電極領域を
    素子分離する工程と、 選択的エピタキシャル技術を用いて前記コレクタ領域を
    覆う領域上に、前記第1導電型と異なる第2導電型の不
    純物を含む単結晶シリコンからなるベース層を形成する
    工程と、 前記ベース層上に金属シリサイド膜を形成する工程と、 全面に層間絶縁膜を堆積した後、この層間絶縁膜および
    前記金属シリサイド膜を順次パターニングすることによ
    り前記ベース層に達する開口を形成する工程と、 前記開口の側面に絶縁物からなるスペーサを形成する工
    程と、 第1導電型の不純物を含む多結晶シリコン膜を堆積した
    後、熱拡散により前記ベース層の表面領域に第1導電型
    のエミッタ層を形成する工程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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