JP2001015522A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001015522A
JP2001015522A JP11188412A JP18841299A JP2001015522A JP 2001015522 A JP2001015522 A JP 2001015522A JP 11188412 A JP11188412 A JP 11188412A JP 18841299 A JP18841299 A JP 18841299A JP 2001015522 A JP2001015522 A JP 2001015522A
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JP
Japan
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oxide film
forming
conductivity type
film
polycrystalline silicon
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JP11188412A
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English (en)
Inventor
Hiroomi Nakajima
博臣 中島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 エミッタコンタクト形成時のエピタキシャル
層上の酸化膜を除去する工程で、横方向にもエッチング
が進み、この横方向エッチング量はばらつきが大きく、
これによりバイポーラトランジスタのエミッタ・ベース
のサイズがばらつくことを防止することを目的とする。 【解決手段】ベース層となる単結晶シリコンに対する開
口保護膜として、単結晶シリコン7とベース引き出し電
極になる多結晶シリコン8,9との間の自然酸化膜12
を用いる事により、露出した自然酸化膜は横方向エッチ
ングが進む前に除去でき、残りの自然酸化膜は、熱拡散
等により破壊する半導体装置の製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置の製造
方法にかかり、特にベース層にエピタキシャル技術を用
いた高速、高性能のバイポーラトランジスタの製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】高性能バイポーラトランジスタ装置は、
電子計算機、光通信、各種アナログ回路等の様々な応用
分野で要求される。最近エピタキシャル技術を取り入れ
たバイポーラトランジスタが多数提案され、エピタキシ
ャル技術を取り入れないバイポーラトランジスタの遮断
周波数が40GHZから50GHZレベルに対して、試
作されたバイポーラトランジスタの遮断周波数は120
GHZに達しようとしている。以下に代表的なこの高性
能バイポーラトランジスタ装置の従来技術を説明し、そ
の問題点を明らかにする。図8から図11は従来例の製
造工程を工程順に示すいずれも断面図である。まず図8
に示されるように、バイポーラトランジスタの素子分離
としては、P型シリコン基板31にN型の高濃度不純物
層32を形成し、さらにN型の比較的低濃度層(〜1E16
cm-3)のエピタキシャル層33を気層成長法で形成した
後、トレンチ技術を用いて、素子間分離としてトレンチ
領域を形成し、次いで第一の絶縁膜として酸化膜選択埋
め込み技術を用いて、このトレンチ領域を酸化膜で埋め
込み素子分離領域34を形成する。またN型の不純物層
32はコレクタコンタクトに接続されており(図示せ
ず)、従って低濃度エピタキシャル層から成るエピタキ
シャル層33はコレクタの一部を形成している。
【0003】その後、露出した酸化膜から成る素子分離
領域34をエッチング法により除去し、エピタキシャル
層33を露出させる。このエピタキシャル層33上、素
子分離領域34上にボロンを含むシリコン層35をエピ
タキシャル成長した後、全面に第一の酸化膜36を堆積
する。次に、ホトエッチングでパターニングし、エミッ
タベース形成予定領域上に前記第一の酸化膜36を形成
する。次に、第一の多結晶シリコン膜37を堆積する。
この後、第一の多結晶シリコン膜37にボロンをイオン
注入して添加し、この後、全面に第二のCVD酸化膜3
8と第一の窒化膜39を堆積し、ホトエッチングにより
エミッタ形成領域上の第一の多結晶シリコン膜37と第
二のCVD酸化膜38と第一の窒化膜39をエッチング
して開口部を設ける。次に、図9に示されるように、全
面にシリコン窒化膜40を被着し、異方性エッチングに
よりエッチバックする事により、この窒化膜40を開口
部の側壁にのみ残し除去する。次に、図10に示される
ように、その後NH4F溶液等により開口部に露出した
第一の酸化膜36をエッチング除去し、エピタキシャル
シリコン層35を露出させ、そして高濃度に砒素を添加
した第二の多結晶シリコン膜41を堆積し、熱処理によ
り砒素を拡散させてn型エミッタ層42を形成して完成
する。ここで、第一の多結晶シリコン膜37はベース電
極として、第二の多結晶シリコン膜41はエミッタ電極
として用いられる。
【0004】次に、図11に示されるように、第二の多
結晶シリコン膜41上に層間絶縁膜43を被着しエミッ
タ・ベース部にコンタクトホールを開口し、コンタクト
ホール内にアルミニウムを堆積し、写真蝕刻法及びエッ
チング法を用いて電極配線44を形成する。その後、配
線部45と接続してバイポーラトランジスタを完成させ
る。これにより本実施例の発明が完成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の方法では、
エミッタ電極周辺の拡大図である図11に示されるよう
に、ベースとなるエピタキシャル層の保護膜としての第
一の酸化膜36をNH4F等の溶液でエッチング除去す
る際に横方向にもエッチングが生じるが、この横方向エ
ッチング量はばらつきが大きく、バイポーラトランジス
タのエミッタ・ベースのサイズがばらつき、これにより
トランジスタ性能のばらつきにつながり、高速高性能動
作に対して不利になる。また、極端な横方向のエッチン
グがされた場合では、図11に示されるように第一の酸
化膜36が削られ、エミッタ電極である第二の多結晶シ
リコン膜41とベース電極となる第一の多結晶シリコン
膜37の電流のリークが生じる。本発明の目的はこのよ
うな従来技術の製造方法の課題を解決すること、特に、
不安定な横方向エッチングを、自然に形成される酸化膜
を利用して不要にし、エミッタ形状が安定した半導体装
置を形成することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、第一導電型半導体基板上に第二導電型の高濃
度不純物を注入してコレクタ部を形成する工程と、前記
第二導電型のコレクタ部で、第二導電型の低濃度のエピ
タキシャル層を成長させ、コレクタ接続部を形成する工
程と、前記コレクタ接続部上に第一導電型の単結晶シリ
コンをエピタキシャル成長により形成する工程と、前記
第一導電型の単結晶シリコン上に第一の自然酸化膜を形
成する工程と、前記第一の自然酸化膜上に第一導電型の
第一の多結晶シリコンを形成する工程と、前記第一導電
型の第一の多結晶シリコン上に第二の自然酸化膜を形成
する工程と、前記第二の自然酸化膜上に第一導電型の第
二の多結晶シリコンを堆積してベース電極を形成する工
程と、前記ベース電極に不純物イオンを注入する工程
と、前記ベース電極上に酸化膜を形成する工程と、前記
酸化膜上に第一の窒化膜を形成する工程と、前記コレク
タ接続部上方の開口部形成予定領域で、前記酸化膜、お
よび前記第一の窒化膜を除去し、前記第二の多結晶シリ
コンを露出し、開口部を形成する工程と、前記第一導電
型の第二の多結晶シリコン露出面を除去し、前記第二の
自然酸化膜を露出する工程と、前記第一の窒化膜、前記
酸化膜、および前記ベース電極表面に第二の窒化膜を形
成する工程と、前記第二の窒化膜をエッチバックする工
程と、前記開口部の側壁以外の前記第二の窒化膜、前記
第一導電型の第一の多結晶シリコン上の第二の自然酸化
膜を除去し、前記第一導電型の第一の多結晶シリコンを
露出する工程と、前記第一導電型の第一の多結晶シリコ
ン露出面を前記第一の自然酸化膜が露出するまで除去す
る工程と、第二導電型不純物を添加した第三の多結晶シ
リコン膜を前記開口部内に堆積してエミッタ電極として
形成する工程と、熱処理により、前記第二導電型不純物
を拡散させて前記第一導電型の単結晶シリコン中に、第
二導電型エミッタ層を形成する工程と、前記第一の自然
酸化膜、および第二の自然酸化膜を熱処理によって破壊
することで前記第一導電型の単結晶シリコン、および前
記第一導電型の第一の多結晶シリコンとを電気的に接続
し、ベース部を形成する工程とを具備することを特徴と
する。
【0007】
【発明の実施の形態】この説明は請求の範囲を詳細に説
明するものであり、本発明の権利範囲を限定するもので
はない。本実施例の形態の製造方法を完成図である図
1、中間工程図である図2から図7を用いて説明する。
まず図2に示されるように、P型シリコン基板1にN型
の不純物を注入し、コレクタ部となるN型の高濃度不純
物層2を形成し、さらにN型の比較的低濃度層(〜1E16
cm-3)のエピタキシャル層3を気層成長法で形成した
後、トレンチ技術を用いて、素子間分離としてトレンチ
領域を形成し、次いで第一の絶縁膜として酸化膜選択埋
め込み技術を用いて、このトレンチ領域を酸化膜で埋め
込み素子分離領域5を形成する。またN型の不純物層2
はコレクタコンタクトに接続されており(図示せず)、
従って低濃度エピタキシャル層から成るエピタキシャル
層3はコレクタ接続部を形成している。その後、露出し
た酸化膜から成る素子分離領域5をエッチング法により
除去し、エピタキシャル層3を露出させる。次に、図3
に示されるように、このエピタキシャル層3表面に第一
の半導体層としてボロンを含む単結晶シリコン層7をエ
ピタキシャル成長し、この後、全面に第二の半導体層と
してボロンを含む第一の多結晶シリコン8を薄く堆積す
る。この後、第一の導電体層として第二の多結晶シリコ
ン膜9を堆積し、第二の多結晶シリコン膜9にボロンを
イオン注入して添加し、全面に第二の絶縁膜としてCV
D酸化膜10と第三の絶縁膜として第一の窒化膜11を
連続して堆積する。この時、単結晶シリコン層7と第一
の多結晶シリコン8の境界面には10〜15Åの厚さの
自然酸化膜12が形成され、第一の多結晶シリコン8と
第二の多結晶シリコン9の境界面にも10〜15Åの厚
さの自然酸化膜13が形成される。
【0008】この後、ホトエッチングによりエミッタ形
成領域上の第一の窒化膜11とCVD酸化膜10を反応
性イオンエッチングにより異方性エッチングして開口部
を設ける。次に、図4に示されるように、例えばHBr
/O2条件で露出した第二の多結晶シリコン9を反応性
イオンエッチングにより異方性エッチングし第一と第二
の多結晶シリコンの自然酸化膜13を露出する。次に、
図5に示されるように、全面に第四の絶縁膜としてシリ
コン窒化膜14を被着し、異方性エッチングによりエッ
チバックする事により、この窒化膜14を開口部の側壁
にのみ残置し、同時に第一の多結晶シリコン8上の自然
酸化膜13を除去する。次に、図6に示されるように、
例えば3%HF等の溶液処理により単結晶シリコン7上
の自然酸化膜12を除去した後、ラピットサーマルアニ
−リング(高温で瞬間に熱拡散することにより、不純物
の拡散を最小限に抑え、不純物の活性化を行う。その結
果として、温度が約980度以上では、均一に酸化膜が
分布していたものが、分散して酸化物の塊になり、酸化
物を超えて熱拡散をすることが可能になる)を用いる。
具体的には、第二の導電体として高濃度に砒素を添加し
た第三の多結晶シリコン膜15を開口部に堆積し、例え
ば1000℃20sec程度の熱処理により砒素を拡散
させて、n型エミッタ層16を形成すると同時に第一の
自然酸化膜12、第二の自然酸化膜13を破壊する。こ
れにより、エミッタ、コレクタ、ベース部が接続され
る。
【0009】第二の多結晶シリコン膜9はベース電極、
第三の多結晶シリコン膜15はエミッタ電極として用い
られる。次に、図7に示されるように、第三の多結晶シ
リコン膜15上に酸化膜17を被着しエミッタ・ベース
部にコンタクトホールを開口し、コンタクトホール内に
アルミニウムを被着し、写真蝕刻法及びエッチング法を
用いて電極配線18、配線部19を形成し、バイポーラ
トランジスタを形成する。これにより本実施例が完成す
る。これにより、完成図であるエミッタ電極周辺拡大図
の図1で示されるように、ベース層となる単結晶シリコ
ン9に対する開口ストッパーとして、単結晶シリコン9と
第一の多結晶シリコン8の間の自然酸化膜12を用いる
事により、エッチング時に自然酸化膜12が点線20で
示されるように破壊され、従来必要だった1000Å程度の
バッファ酸化膜、およびバッファ酸化膜に対する横方向
溶液エッチングによる除去工程という不安定な加工が不
要になり、エミッタ電極15の形状が安定し、高性能な
バイポーラトランジスタが安定して得られるようにな
る。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ベー
ス層となる単結晶シリコンに対する開口ストッパーとし
て、自然酸化膜を用いることにより、露出した自然酸化
膜は横方向エッチングが進む前に除去でき、残りの自然
酸化膜は、熱拡散等により破壊することができる。これ
により、従来必要だったバッファ酸化膜が不要になり、
それに伴いバッファ酸化膜に対する横方向溶液エッチン
グという不安定な加工が不要になる。このことにより歩
留まりが向上し、高性能なバイポーラトランジスタが安
定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図2】実施例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図3】実施例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図4】実施例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図5】実施例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図6】実施例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図7】実施例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図8】従来例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図9】従来例の半導体装置の製造方法の一工程を示す
断面図である。
【図10】従来例の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【図11】従来例の半導体装置の製造方法の一工程を示
す断面図である。
【符号の説明】
1:シリコン基板 2:高濃度N型層 3:N型Si層 5:シリコン酸化膜 6:素子領域 7:単結晶Si 8:多結晶シリコン 9:多結晶シリコン 10: CVD酸化膜 11:シリコン窒化幕 12:自然酸化膜 13:自然酸化膜 14:シリコン窒化幕 15:多結晶シリコン 16:エミッタ 17:酸化膜 18: 電極配線 19:配線部 20:破壊された自然酸化膜12

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一導電型の半導体基板上に第二導電型の
    高濃度不純物を注入してコレクタ部を形成する工程と、 前記第二導電型のコレクタ部上で、第二導電型の低濃度
    のエピタキシャル層を成長させ、コレクタ接続部を形成
    する工程と、 前記コレクタ接続部上に第一導電型の単結晶シリコンを
    エピタキシャル成長により形成する工程と、 前記第一導電型の単結晶シリコン上に第一の自然酸化膜
    を形成する工程と、 前記第一の自然酸化膜上に第一導電型の第一の多結晶シ
    リコンを形成する工程と、 前記第一導電型の第一の多結晶シリコン上に第二の自然
    酸化膜を形成する工程と、 前記第二の自然酸化膜上に第一導電型の第二の多結晶シ
    リコンを堆積してベース電極を形成する工程と、 前記ベース電極に不純物イオンを注入する工程と、 前記ベース電極上に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜上に第一の窒化膜を形成する工程と、 前記コレクタ接続部上方の開口部形成予定領域で、前記
    酸化膜、および前記第一の窒化膜を除去し、前記第二の
    多結晶シリコンを露出し、開口部を形成する工程と、 前記第一導電型の第二の多結晶シリコン露出面を除去
    し、前記第二の自然酸化膜を露出する工程と、 前記第一の窒化膜、前記酸化膜、および前記ベース電極
    表面に第二の窒化膜を形成する工程と、 前記開口部の側壁以外の前記第二の窒化膜、前記第一導
    電型の第一の多結晶シリコン上の第二の自然酸化膜を除
    去し、前記第一導電型の第一の多結晶シリコンを露出す
    る工程と、 前記第一導電型の第一の多結晶シリコン露出面を前記第
    一の自然酸化膜が露出するまで除去する工程と、 第二導電型不純物を添加した第三の多結晶シリコン膜を
    前記開口部内に堆積してエミッタ電極として形成する工
    程と、熱処理により、前記第二導電型不純物を拡散させ
    て前記第一導電型の単結晶シリコン中に、第二導電型エ
    ミッタ層を形成する工程と、 前記第一の自然酸化膜、および第二の自然酸化膜を熱処
    理によって破壊することで前記第一導電型の単結晶シリ
    コン、および前記第一導電型の第一の多結晶シリコンと
    を電気的に接続し、ベース部を形成する工程とを具備す
    る半導体装置の製造方法。
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