JP2001319933A

JP2001319933A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001319933A
Application number: JP2000134536A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Mizogami; 洋介溝上
Original assignee: NEC Yamagata Ltd
Current assignee: NEC Yamagata Ltd
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】エミッタ−ベース接合耐圧を低下させること
なく、高周波特性を向上させることができる半導体装置
の製造方法を提供する。【解決手段】バイポーラトランジスタの製造におい
て、素子分離領１４を含むｎ型シリコン層１３の表面上
にベース引出しポリシリコン膜１５及びシリコン窒化膜
１６を形成しポリシリコン膜１５にボロンをイオン注入
する。ポリシリコン膜１５及びシリコン窒化膜１６をエ
ッチングし開口部１７を形成しこれらの表面にボロン含
有酸化膜１８を形成し、熱処理を行なってボロン含有絶
縁膜１８に含まれる不純物をｎ型シリコン層１３中に拡
散させてベース拡散層１９を形成しポリシリコン膜１５
中のボロンもシリコン膜１３に拡散してグラフトベース
拡散層２０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に高周波トランジスタの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高周波トランジスタは、小信号トランジ
スタと同様、基本的にはシリコンエピタキシャルプレー
ナ構造を採用するが、高い遮断周波数（ｆ_Ｔ）等の高周
波特性を得るために、微細パターンや、浅いｐｎ接合と
いった構造を採用している。そして、この様な構造を実
現するために、様々な製造方法が開発されている。

【０００３】従来、不純物濃度が高くかつ浅いベース領
域を形成する方法として、不純物をドープした酸化膜や
ポリシリコンを利用して不純物の拡散を行なう固体拡散
法（固相拡散法）という方法がある。この方法を用いれ
ば、シリコンエピタキシャル層表面の浅い領域に、高い
不純物濃度のベース領域を形成することが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高周波トランジスタの
ベース領域の表面側には、その後、エミッタ領域が形成
されるが、エミッタ・ベース界面における不純物濃度が
高いと、ＤＣ特性であるエミッタ−ベース接合耐圧が低
くなる。つまり、従来の高周波トランジスタでは、遮断
周波数等の高周波特性を向上させようとして、ベース領
域の不純物濃度を上げると、エミッタ−ベース接合耐圧
が低下するという問題点がある。

【０００５】本発明は、エミッタ−ベース接合耐圧を低
下させることなく、高周波特性を向上させることができ
る半導体装置の製造方法を提供すること目的とする。

【０００６】なお、特開平５−３６７０６号公報には、
ベースの不純物濃度を、エミッタ界面近傍においてベー
ス電極側よりも低濃度にした半導体装置が開示されてい
るが、これは、本願発明とはその濃度分布方向が異なる
ものであり、また、その製造方法が全く異なるものであ
る。

【０００７】また、特開昭５８−４６６７６号公報や、
特開平６−１８８４３５号公報等にも、エミッタ−ベー
ス接合耐圧を低下させることなく、特性向上を図る技術
が開示されているが、何れも、ベース領域の表面近傍の
不純物濃度を低下させること及びその方法を開示したり
示唆したりするものではない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、エピタ
キシャル層を成長させる工程と、前記エピタキシャル層
の表面上に不純物含有絶縁膜を形成する工程と、熱処理
を行なって前記不純物含有絶縁膜に含まれる不純物を前
記エピタキシャル層中に拡散させて不純物拡散層を形成
する工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記
不純物拡散層を形成する工程に続いて、酸素雰囲気中で
熱処理を行なう工程を行なうようにしたことを特徴とす
る半導体装置の製造方法が得られる。

【０００９】具体的には、前記酸素雰囲気中で熱処理を
行なう工程により、前記不純物拡散層の不純物を前記不
純物含有絶縁膜中に偏析させ、前記不純物拡散層の表面
付近の不純物濃度を低下させる。

【００１０】ここで、前記不純物含有絶縁膜としては、
ボロンを不純物として含むシリコン酸化膜がある。

【００１１】また、前記酸素雰囲気中で熱処理を行なう
工程としては、ランプアニール工程又は酸化炉で行なわ
れる工程がある。

【００１２】さらに、前記不純物拡散層としては、バイ
ポーラトランジスタのベース拡散層が考えられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。

【００１４】図１乃至図５に、本発明の一実施の形態に
よる半導体装置の製造方法の工程図を示す。なお、図１
乃至図５は、図６に示される平面パターンを持つＮＰＮ
導電型バイポーラトランジスタのＡ−Ａ線断面図に相当
する。

【００１５】まず、図１に示すように、ｎ型シリコン基
板１１の表面上に、バイポーラトランジスタのコレクタ
部となる埋め込みヒ素層１２を有するｎ型シリコン層１
３をエピタキシャル成長させる。それから、このｎ型シ
リコン層１３の表面を酸化させて、厚さ約０．５μｍの
素子分離領域１４を形成する。そして、素子分離領域１
４が形成されたｎ型シリコン層１３の上に、厚さ約０．
２μｍのベース引出しポリシリコン膜１５と、厚さ約
０．１８μｍのシリコン窒化膜１６を順次形成する。こ
の後、イオン注入法を用いて、ベース引出しポリシリコ
ン膜１５にボロンを導入する。

【００１６】次に、フォトエッチング工程により、所定
領域のベース引出しポリシリコン膜１５及びシリコン窒
化膜１６を選択的に除去し、図２に示すように、開口部
（又は溝）１７を形成する。そして、シリコン窒化膜１
６の表面及び開口部１７内に露出する各層又は膜の表面
に、４mol％程度のボロンを含むボロン含有酸化膜１８
を、厚さ約０．６５μｍとなるよう形成する。それか
ら、ランプアニールにより、ウエハー全体を１０００℃
前後の温度で約２０秒間熱処理し、ボロン含有酸化膜１
８中のボロンをｎ型シリコン層１３内に拡散させ、ベー
ス拡散層１９を形成する。このとき、ベース引出しポリ
シリコン膜１５に導入されていたボロンもｎ型シリコン
層１３内へと拡散し、ベース拡散層１９の両側にグラフ
トベース拡散層２０を形成する。

【００１７】この後、ウエハー全体を酸素雰囲気中に置
き、ランプアニールにより、例えば９５０℃前後の温度
で約３０秒、熱処理を行なう。あるいは、酸化炉にて、
８５０℃前後の温度で約５分ほど熱処理する。これによ
り、ベース拡散層１９の表面側では、ボロン含有酸化膜
１８へのボロンの移動（偏析）が生じ、このベース拡散
層１９の表面近傍のボロン濃度が低下する。このとき、
ベース拡散層１９のボロン含有酸化膜１８から離れた領
域では、ボロン濃度にほとんど変化はない。つまり、高
濃度のままである。

【００１８】次に、シリコン窒化膜を、約０．１８μｍ
厚となるように成膜し、窒化膜ドライエッチングを行な
って、図３に示すように、側壁窒化膜２１を形成する。
それから、酸化膜ウェットエッチングにて、ボロン含有
酸化膜１０を、一部分を除いて除去する。これにより、
開口１７内では、ボロン含有酸化膜１０にエミッタ拡散
窓２２が形成され、ベース拡散層１９は、このエミッタ
拡散窓２２を通して、その一部が露出する。こうして、
エミッタを形成するための領域は、自己整合的に形成さ
れる。

【００１９】次に、図４に示すように、ヒ素をドーピン
グしたポリシリコン膜２３及びノンドープポリシリコン
膜２４を、それぞれ膜厚約０．１５μｍとなるよう順次
成膜する。そして、ポリシリコン膜２４に、ヒ素イオン
を、例えば加速エネルギー７０ｋｅＶ、ドーズ量１．０
×１０^１６ｃｍ^−２程度で、注入する。それから、ポリ
シリコン膜２４、２３をフォトエッチング工程にて、選
択的にエッチングし、開口部１７内及びその周辺部にの
み、これらポリシリコン膜２３，２４を残す。

【００２０】次に、図５に示すように、シリコン酸化膜
２５を膜厚約０．０１μｍとなるように、ＢＰＳＧ膜２
６を膜厚約０．４μｍとなるように、それぞれ成膜す
る。それから、エミッタ、ベース、及びコレクタの各電
極を形成するための凹部を形成するために、フォトエッ
チング工程にて、ＢＰＳＧ膜２６及びシリコン酸化膜２
５を選択的にエッチングする。ここで、ベース電極を形
成するための凹部については、シリコン窒化膜１６及び
ベース引出しポリシリコン膜１５の一部を、さらに選択
的にエッチングする。また、コレクタ電極を形成するた
めの凹部については、シリコン窒化膜１６及びベース引
出しポリシリコン膜１５、及び素子分離領域１４をも、
さらに選択的にエッチングする。

【００２１】その後、ウエハー全体を窒素雰囲気中にお
き、ランプアニールにより、例えば１０００℃前後の温
度で３０秒程度の熱処理を行う。これにより、ポリシリ
コン膜２３にドープされていたヒ素がベース拡散層１１
の表面側に拡散し、エミッタ拡散層２７が形成される。
つづいて、エミッタ、ベース及びコレクタ電極を形成す
るための凹部内に、バリアメタル膜２８を形成し、さら
に、そこに、それぞれ、エミッタ電極２９、ベース電極
３０、コレクタ電極（図６の６１）を形成する。

【００２２】以上のようにして、本実施の形態では、図
６に示されるＮＰＮ導電型バイポーラトランジスタが製
造される。

【００２３】本実施の形態による製造方法では、ベース
領域形成後に、酸素雰囲気下において熱処理を行ない、
表面近傍のボロンをボロン含有酸化膜に偏析させるよう
にしたので、エミッタ拡散層の直下となる領域のボロン
濃度を低下させることなく、エミッタ・グラフトベース
間のボロン濃度を低下させることができる。従って、エ
ミッタ−ベース接合耐圧を低下させることなく、遮断周
波数を向上させるなどの高周波特性の向上を実現でき
る。

【００２４】図７に、様々な方法で形成したバイポーラ
トランジスタのベース領域の表面からの深さ（図５のＢ
−Ｂ線断面におけるシリコン界面より下側への距離）と
不純物濃度との関係を示す。なお、ライン７１は、エミ
ッタの不純物濃度分布を示すもので、各トランジスタに
共通のものである。

【００２５】図７において、ライン７２は、従来のガス
拡散法又はイオン注入法により形成したベース領域にお
ける不純物の分布濃度を示している。図７から明らかな
ように、このベース領域では、他のものに比べ、深くま
で不純物が分布しているにもかかわらず、高い不純物濃
度は得られていない。

【００２６】ライン７３は、ボロン含有酸化膜を用いた
固体拡散法によりベース領域を形成した場合を示す。こ
の場合、不純物は深くまで到達しておらず、しかも、高
い不純物濃度を実現している。しかしながら、最も不純
物濃度が高いのは、その表面であって、エミッタ−ベー
ス接合耐圧が低くなってしまうものである。

【００２７】ライン７４は、上記実施の形態に従って形
成されたベース領域の不純物分布を示す。この場合、深
い位置では、ライン７３と同じであるが、表面側では不
純物濃度の低下が見られる。従って、このベース領域を
持つトランジスタでは、エミッタ−ベース接合耐圧の低
下は見られない。これは、ベース領域形成後に、酸素雰
囲気下において熱処理を行ない、不純物（ボロン）を不
純物含有酸化膜に偏析させるようにしたからである。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、エピタキシャル層の表
面上に不純物含有絶縁膜を形成し、熱処理を行なって不
純物含有絶縁膜に含まれる不純物をエピタキシャル層中
に拡散させて不純物拡散層を形成する工程に続いて、酸
素雰囲気中で熱処理を行なう工程を行なうようにしたこ
とで、形成された不純物拡散層の表面付近の不純物濃度
を低減することができる。

【００２９】そして、この技術をベース拡散層の形成に
利用することにより、ベース拡散層の表面の不純物濃度
を下げることができ、エミッタ−ベース接合耐圧を低下
させることなく、遮断周波数などの高周波特性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のよる半導体装置の製造
方法を説明するための工程図である。

【図２】本発明の一実施の形態のよる半導体装置の製造
方法を説明するための工程図であって、図１に続く工程
を説明するための図である。

【図３】本発明の一実施の形態のよる半導体装置の製造
方法を説明するための工程図であって、図２に続く工程
を説明するための図である。

【図４】本発明の一実施の形態のよる半導体装置の製造
方法を説明するための工程図であって、図３に続く工程
を説明するための図である。

【図５】本発明の一実施の形態のよる半導体装置の製造
方法を説明するための工程図であって、図４に続く工程
を説明するための図である。

【図６】図１乃至図５に示される半導体装置の平面パタ
ーンを示す図である。

【図７】各種バイポーラトランジスタのベース領域の表
面からの深さに関する不純物濃度の分布を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１１ｎ型シリコン基板１２埋め込みヒ素層１３ｎ型シリコン層１４素子分離領域１５ベース引出しポリシリコン膜１６シリコン窒化膜１７開口部１８ボロン含有酸化膜１９ベース拡散層２０グラフトベース拡散層２１側壁窒化膜２２エミッタ拡散窓２３ヒ素をドーピングしたポリシリコン膜２４ノンドープポリシリコン膜２５シリコン酸化膜２６ＢＰＳＧ膜２７エミッタ拡散層２８バリアメタル２９エミッタ電極３０ベース電極６１コレクタ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エピタキシャル層を成長させる工程と、
前記エピタキシャル層の表面上に不純物含有絶縁膜を形
成する工程と、熱処理を行なって前記不純物含有絶縁膜
に含まれる不純物を前記エピタキシャル層中に拡散させ
て不純物拡散層を形成する工程とを含む半導体装置の製
造方法において、前記不純物拡散層を形成する工程に続いて、酸素雰囲気
中で熱処理を行なう工程を行なうようにしたことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記酸素雰囲気中で熱処理を行なう工程
により、前記不純物拡散層の不純物を前記不純物含有絶
縁膜中に偏析させ、前記不純物拡散層の表面付近の不純
物濃度を低下させることを特徴とする請求項１の半導体
装置の製造方法。
【請求項３】前記不純物含有絶縁膜が、ボロンを不純
物として含むシリコン酸化膜であることを特徴とする請
求項１又は２の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記酸素雰囲気中で熱処理を行なう工程
が、ランプアニール工程であることを特徴とする請求項
１，２、又は３の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記酸素雰囲気中で熱処理を行なう工程
が、酸化炉で行なわれることを特徴とする請求項１，
２、又は３の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記不純物拡散層がバイポーラトランジ
スタのベース拡散層であることを特徴とする請求項１，
２，３，４、または５の半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項１乃至７に記載の何れかの半導体
製造方法により製造されたことを特徴とする半導体装
置。