JP2008028128A

JP2008028128A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2008028128A
Application number: JP2006198616A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Mitsumoto; 和文三本
Original assignee: Phenitec Semiconductor Corp
Current assignee: Phenitec Semiconductor Corp
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】トレンチ構造のトランジスタの電極を確実に分離することができる半導体装置及び該半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】各凹部１０ａの側面及び各凹部１０ａ周辺のシリコン基板１０上面には、シリコン酸化膜１１が形成してあり、さらに、シリコン酸化膜１１の上面には、シリコン窒化膜１３が形成されている。シリコン窒化膜１３の縁辺は、シリコン酸化膜１１の縁辺より突出させてオーバハング形状（庇状）にしてある。また、各凹部１０ａの開口部周りのシリコン酸化膜１１は、等方性エッチングによってオーバハング形状にしてある。すなわち、各凹部１０ａの開口部周りは、シリコン窒化膜１３によるオーバハングとシリコン酸化膜１１によるオーバハングが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及び該半導体装置の製造方法に関し、より具体的には、表面に複数の凹部を形成した基板にトレンチ構造のトランジスタが形成された半導体装置及び該半導体装置の製造方法に関する。

バイポーラトランジスタ（以下、トランジスタ）は、平板状のシリコン基板の表面から適宜のＮ型不純物及びＰ型不純物を拡散させることによって、エミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域がシリコン基板に形成されている（特許文献１参照）。

しかしながら、従来のトランジスタは、コレクタ領域としてのシリコン基板の表面上に略二次元的にエミッタ領域、ベース領域などが形成されるため、ベース領域及びエミッタ領域夫々のコンタクトホール、コンタクトホールにオーバーラップして配置されるベース電極及びエミッタ電極、並びにベース電極とエミッタ電極との間隔などをシリコン基板の表面（略二次元的）に設ける必要があり、トランジスタ特性を決定する不純物領域（ベース領域に対して不純物濃度が高いエミッタ領域）の表面積は基板の平面寸法により規定され、デバイスサイズは必然的に大きくなる。
特開平５−２７５６８１号公報

そこで、本発明者は、表面に複数の凹部が形成されたシリコン基板に、コレクタ領域、ベース領域、及びエミッタ領域を有するトレンチ構造のトランジスタを形成する技術についての研究を行なっている。

図９はトレンチ構造のトランジスタの一例を示す断面図である。図において、１０はシリコン基板である。シリコン基板１０は、ＮＰＮ型トランジスタの場合、Ｎ型不純物として、例えば、アンチモンが予め含有されており、コレクタ領域ＲＣを形成している。シリコン基板１０には、凹部１０ａを形成してある。凹部１０ａの底面及び側面には、エミッタ領域ＲＥを形成してあり、エミッタ領域ＲＥの下側及び凹部１０ａを除くシリコン基板１０の表面には、ベース領域ＲＢを形成してある。エミッタ領域ＲＥにはＮ型不純物としてのリンが、ベース領域ＲＢにはＰ型不純物としてのボロンが含有されている。

図９（ａ）に示すように、凹部１０ａの内部には、エミッタ領域ＲＥに接続されたエミッタ電極１２Ｅが形成され、シリコン基板１０の表面には、ベース領域ＲＢに接続されたベース電極１２Ｂが形成されている。トレンチ構造にすることにより得られたベース領域ＲＢのコンタクト領域とエミッタ領域ＲＥのコンタクト領域との高低差による両電極のステップカバレジを利用して、ベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとの分離が行なわれる。

しかしながら、図９（ｂ）に示すように、凹部１０ａの深さ（より具体的には、シリコン基板１０のトレンチ溝の深さｄ）が浅い場合、凹部１０ａの側面におけるサイドエッチ量も少なくなり、サイドエッチングされた凹部１０ａの側面に形成されたシリコン酸化膜１１に対して、凹部１０ａの開口部周りのシリコン酸化膜１１のオーバハング量が少なくなり、エミッタ電極１２Ｅの上部がベース電極１２Ｂの端部下側に近接し、両電極の分離又は絶縁が十分に確保できないときには、トランジスタの動作不良又は信頼性低下を招く虞があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板の表面に複数形成された凹部周辺の基板上面にシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の上面にシリコン窒化膜を形成し、該シリコン窒化膜の上面にベース領域に接続されたベース電極を形成することにより、シリコン窒化膜によるオーバハングをベース電極下側に形成して、トレンチ構造のトランジスタの電極を確実に分離することができる半導体装置及び該半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明の目的は、基板の表面に複数形成された凹部周辺の基板上面にシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の上面にシリコン窒化膜を形成し、該シリコン窒化膜の上面にエミッタ領域に接続されたエミッタ電極を形成することにより、シリコン窒化膜によるオーバハングをエミッタ電極下側に形成して、トレンチ構造のトランジスタの電極を確実に分離することができる半導体装置及び該半導体装置の製造方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、凹部の内側にエミッタ領域に接続されたエミッタ電極を備えることにより、前記凹部の内部に形成されたエミッタ電極と基板表面に形成されたベース電極とを確実に分離することができる半導体装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、凹部の内側にベース領域に接続されたベース電極を備えることにより、前記凹部の内部に形成されたベース電極と基板表面に形成されたエミッタ電極とを確実に分離することができる半導体装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、ベース領域の下側に形成されたコレクタ領域を備えることにより、トレンチ構造のトランジスタが形成された半導体装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、凹部側面に沿ったシリコン窒化膜の縁辺は、シリコン酸化膜の縁辺よりオーバハング状に形成してあることにより、さらにベース電極とエミッタ電極とを確実に分離することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法の提供を目的とすることにある。

また、本発明の目的は、凹部の開口部周りのシリコン酸化膜をオーバハング形状とすることにより、さらにベース電極とエミッタ電極とを確実に分離することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法の提供を目的とすることにある。

第１発明に係る半導体装置は、基板の表面に複数形成された凹部の底面にエミッタ領域が形成され、前記凹部を除く基板の表面及び前記エミッタ領域の下側にベース領域が形成されたトランジスタを備える半導体装置であって、前記凹部周辺の基板上面に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上面に形成されたシリコン窒化膜と、該シリコン窒化膜の上面に形成され、前記ベース領域に接続されたベース電極とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る半導体装置は、基板の表面に複数形成された凹部を除く基板の表面の一部にエミッタ領域が形成され、前記凹部の底面及び前記エミッタ領域の下側にベース領域が形成されたトランジスタを備える半導体装置であって、前記凹部周辺の基板上面に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上面に形成されたシリコン窒化膜と、該シリコン窒化膜の上面に形成され、前記エミッタ領域に接続されたエミッタ電極とを備えることを特徴とする。

第３発明に係る半導体装置は、第１発明において、前記凹部の内側に設けられ、前記エミッタ領域に接続されたエミッタ電極を備えることを特徴とする。

第４発明に係る半導体装置は、第２発明において、前記凹部の内側に設けられ、前記ベース領域に接続されたベース電極を備えることを特徴とする。

第５発明に係る半導体装置は、第１発明乃至第４発明のいずれかにおいて、前記ベース領域の下側に形成されたコレクタ領域を備えることを特徴とする。

第６発明に係る半導体装置は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記凹部側面に沿ったシリコン窒化膜の縁辺は、シリコン酸化膜の縁辺よりオーバハング状に形成してあることを特徴とする。

第７発明に係る半導体装置は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記凹部の開口部周りのシリコン酸化膜はオーバハング形状をなすことを特徴とする。

第８発明に係る半導体装置の製造方法は、基板にトランジスタを備える半導体装置の製造方法において、基板の表面にベース領域を形成する工程と、ベース領域が形成された基板の表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、シリコン酸化膜が形成された基板の表面にシリコン窒化膜を形成する工程と、窒化膜エッチングによりシリコン窒化膜を複数箇所除去する工程と、シリコン窒化膜が除去された基板に凹部を形成する工程と、該凹部の底面及び側面にベース領域をさらに形成する工程と、ベース領域が形成された凹部の底面の一部又は全部にエミッタ領域を形成する工程と、シリコン窒化膜の上面にベース領域に接続されるベース電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。

第９発明に係る半導体装置の製造方法は、基板にトランジスタを備える半導体装置の製造方法において、基板の表面にベース領域を形成する工程と、ベース領域が形成された基板の表面に複数のエミッタ領域を離隔して形成する工程と、ベース領域及びエミッタ領域が形成された基板の表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、シリコン酸化膜が形成された基板の表面にシリコン窒化膜を形成する工程と、窒化膜エッチングにより各ベース領域上方のシリコン窒化膜を除去する工程と、シリコン窒化膜が除去された基板のベース領域に凹部を形成する工程と、シリコン窒化膜の上面にエミッタ領域に接続されるエミッタ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。

第１０発明に係る半導体装置の製造方法は、第８発明又は第９発明において、前記凹部を形成する工程は、酸化膜エッチングを含むことを特徴とする。

第１１発明に係る半導体装置の製造方法は、第８発明又は第９発明において、前記凹部を形成する工程は、等方性エッチングによって前記凹部の開口部周りのシリコン酸化膜をオーバハング形状に形成することを特徴とする。

第１発明及び第８発明にあっては、基板の表面にベース領域を形成し、ベース領域が形成された基板の上面にシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜が形成された基板の上面にシリコン窒化膜を形成し、窒化膜エッチングによりシリコン窒化膜を複数箇所除去する。シリコン窒化膜が除去された基板に凹部を形成する。この場合、除去されずに残ったシリコン窒化膜をマスクとしてシリコン酸化膜及びベース領域がエッチングされてシリコン基板表面に凹部が複数形成される。シリコン酸化膜をエッチングする場合、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜に対してオーバハング形状となる。また、ベース領域をエッチングする場合、シリコン酸化膜は、エッチングされたベース領域に対してオーバハング形状となり、一層度合いが大きいオーバハングが凹部の開口部周りに形成される。凹部の底面及び側面にベース領域をさらに形成し、ベース領域が形成された凹部の底面の一部又は全部にエミッタ領域を形成する。シリコン基板表面のベース領域を被覆するシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を除去して該ベース領域に接続されるベース電極をシリコン窒化膜の上面に形成する。これにより、シリコン窒化膜によるオーバハングをベース電極下側に形成する。

第２発明及び第９発明にあっては、基板の表面にベース領域を形成し、ベース領域が形成された基板の表面に複数のエミッタ領域を離隔して形成する。ベース領域及びエミッタ領域が形成された基板の上面にシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜が形成された基板の上面にシリコン窒化膜を形成し、窒化膜エッチングにより各ベース領域上方のシリコン窒化膜を除去する。シリコン窒化膜が除去された基板のベース領域に凹部を形成する。この場合、除去されずに残ったシリコン窒化膜をマスクとしてベース領域がエッチングされてシリコン基板表面に凹部が複数形成される。ベース領域をエッチングする場合、シリコン窒化膜はエッチングされないため、シリコン窒化膜によるオーバハングが凹部の開口部周りに形成される。シリコン基板表面のエミッタ領域を被覆するシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を除去して該エミッタ領域に接続されるエミッタ電極をシリコン窒化膜の上面に形成する。これにより、シリコン窒化膜によるオーバハングをエミッタ電極下側に形成する。

第３発明にあっては、エミッタ領域に接続するエミッタ電極を凹部の内側に形成する。これにより、凹部の内部に形成されたエミッタ電極と、基板の表面に形成され、下側にオーバハングとしてのシリコン窒化膜が形成されたベース電極とを確実に分離する。

第４発明にあっては、ベース領域に接続するベース電極を凹部の内側に形成する。これにより、凹部の内部に形成されたベース電極と、基板の表面に形成され、下側にオーバハングとしてのシリコン窒化膜が形成されたエミッタ電極とを確実に分離する。

第５発明にあっては、ベース領域の下側に形成されたコレクタ領域を備える。

第６発明及び第１０発明にあっては、シリコン窒化膜が除去された基板に凹部を形成する場合、除去されずに残ったシリコン窒化膜をマスクとして酸化膜エッチングによりシリコン酸化膜を除去する。これにより、凹部側面に沿ったシリコン窒化膜の縁辺を、シリコン酸化膜の縁辺よりオーバハング状に（凹部内側に突出させて）形成する。

第７発明及び第１１発明にあっては、シリコン窒化膜の下面に形成されたシリコン酸化膜をマスクとして、等方性のシリコンエッチングによって基板に設けられた各凹部の開口部周りのシリコン酸化膜をオーバハング形状にする。すなわち、シリコン窒化膜によるオーバハングに加えて、シリコン酸化膜によるオーバハングを形成する。これにより、アルミニウムのような電極部材を基板表面にスパッタした場合であっても、シリコン窒化膜によるオーバハング及び凹部の開口部周りのシリコン酸化膜に形成されたオーバハングにより、エミッタ電極及びベース電極を確実に分離することができる。

本発明にあっては、基板の表面に複数形成された凹部周辺の基板上面にシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の上面にシリコン窒化膜を形成し、該シリコン窒化膜の上面にベース領域に接続されたベース電極を形成することにより、シリコン窒化膜によるオーバハングをベース電極下側に形成して、トレンチ構造のトランジスタの電極を確実に分離することができる。

また、本発明にあっては、基板の表面に複数形成された凹部周辺の基板上面にシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の上面にシリコン窒化膜を形成し、該シリコン窒化膜の上面にエミッタ領域に接続されたエミッタ電極を形成することにより、シリコン窒化膜によるオーバハングをエミッタ電極下側に形成して、トレンチ構造のトランジスタの電極を確実に分離することができる。

また、本発明にあっては、凹部の内側にエミッタ領域に接続されたエミッタ電極を備えることにより、前記凹部の内部に形成されたエミッタ電極と基板表面に形成されたベース電極とを確実に分離することができる。

また、本発明にあっては、凹部の内側にベース領域に接続されたベース電極を備えることにより、前記凹部の内部に形成されたベース電極と基板表面に形成されたエミッタ電極とを確実に分離することができる。

また、本発明にあっては、凹部側面に沿ったシリコン窒化膜の縁辺は、シリコン酸化膜の縁辺よりオーバハング状に形成してあることにより、さらにベース電極とエミッタ電極とを確実に分離することができる。

また、本発明にあっては、凹部の開口部周りのシリコン酸化膜をオーバハング形状とすることにより、さらにベース電極とエミッタ電極とを確実に分離することができる。

実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る半導体装置の構造を示す断面図である。図において、１０はシリコン基板である。ＮＰＮ型トランジスタの場合、シリコン基板１０は、Ｎ型不純物として、例えばアンチモンＳｂが予め含有されており、コレクタ領域ＲＣを形成している。なお、アンチモンに代えてヒ素Ａｓなどであってもよい。シリコン基板１０には、表面からの深さが、例えば、３μｍ程度の複数の凹部１０ａ、１０ａ、…を形成してある。各凹部１０ａの底面及び側面には、エミッタ領域ＲＥを形成してあり、エミッタ領域ＲＥの下側及び各凹部１０ａを除くシリコン基板１０の表面には、ベース領域ＲＢを形成してある。エミッタ領域ＲＥにはＮ型不純物としてのリンが、ベース領域ＲＢにはＰ型不純物としてのボロンが含有されている。

このエミッタ領域ＲＥ及びベース領域ＲＢを除くシリコン基板１０の領域がコレクタ領域ＲＣとなり、コレクタ領域ＲＣ及びコレクタ領域ＲＣの上側に形成されたベース領域ＲＢがシリコン基板１０を平面視した場合に、略全面に形成してあるとともに、エミッタ領域ＲＥは、各凹部１０ａの底面及び側面に孤立した状態で形成してある。

各凹部１０ａの側面及び各凹部１０ａ周辺のシリコン基板１０上面には、シリコン酸化膜１１が形成してあり、さらに、シリコン酸化膜１１の上面には、シリコン窒化膜１３（例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄）が形成されている。シリコン窒化膜１３の凹部１０ａの側面側の縁辺は、シリコン酸化膜１１の縁辺より突出させてオーバハング形状（庇状）にしてある。また、シリコン酸化膜１１が形成された各凹部１０ａの側面は、等方性エッチングによって各凹部１０ａの側面のサイドエッチングを促し、各凹部１０ａの開口部周りのシリコン酸化膜１１をオーバハング形状にしてある。すなわち、各凹部１０ａの開口部周りは、シリコン窒化膜１３によるオーバハングとシリコン酸化膜１１によるオーバハングが形成されている。

各凹部１０ａの底面には、エミッタ領域ＲＥに接続されたエミッタ電極１２Ｅが形成されている。また、シリコン基板１０表面には、ベース領域ＲＢに接続されたベース電極１２Ｂが形成されている。各凹部１０ａの開口部周りは、シリコン窒化膜１３によるオーバハングとシリコン酸化膜１１によるオーバハングが形成されているため、アルミニウムのような電極部材をシリコン基板１０表面にスパッタした場合であっても、エミッタ電極１２Ｅ及びベース電極１２Ｂがシリコン基板１０の厚み方向に沿って確実に分離された状態で形成される。なお、本実施の形態では、コレクタ領域ＲＣと接続する電極（コレクタ電極）１２Ｃをシリコン基板１０の裏面側に設けている。また、図１に示す凹部１０ａの開口部周りのオーバハング形状は、一例を模式的に表したものであり、これに限定されるものではない。

図２は本発明のトレンチ構造の一例を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、各凹部１０ａの側面及び各凹部１０ａ周辺のシリコン基板１０上面には、シリコン酸化膜１１が形成してあり、さらにシリコン酸化膜１１の上面には、シリコン窒化膜１３が形成されている。シリコン窒化膜１３の縁辺は、シリコン酸化膜１１の縁辺より突出させて、凹部１０ａの開口部周りにオーバハング部（庇部）１０ｃを形成している。

各凹部１０ａの側面が、等方性エッチングによりサイドエッチされ、その結果、サイドエッチングされた凹部１０ａの側面に形成されたシリコン酸化膜１１に対して、凹部１０ａの開口部周りのシリコン酸化膜１１がオーバハング形状に形成されており、凹部１０ａの側面同士の離隔寸法は、側面中央部よりも側面上部（すなわち、凹部１０ａの開口部周り）で小さくなるように形成してあり、凹部１０ａの開口部周りは、オーバハング部１０ｂを有している。

シリコン基板１０の凹部１０ａの開口部周りには、シリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜１１の両者によりオーバハング部（庇部）１０ｃ、１０ｂが形成されているため、アルミニウムのような電極部材をシリコン基板１０表面にスパッタした場合であっても、シリコン窒化膜１３の上面に形成されるベース電極１２Ｂは、凹部１０ａの底面に形成されるエミッタ電極１２Ｅと確実に分離される。特に、シリコン窒化膜１３によるオーバハング部（庇部）１０ｃを備えることにより、従来であれば、ベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとを確実に分離するためには、シリコン酸化膜１１の厚み、又は各電極の厚みなどを精度良くコントロールする必要があったのに対し、本発明では、シリコン酸化膜１１の厚み、又は各電極の厚みなどの許容範囲を大きくしても、ベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとを確実に分離することができるとともに、工程歩留の低下又はスループットの低下を防止することもできる。

さらに、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０表面のシリコン酸化膜１１の膜厚を厚くすることにより、シリコン基板１０の板厚方向におけるベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとの離隔寸法を大きくして、両電極間の絶縁性を高めることができる。すなわち、シリコン酸化膜１１の膜厚を厚くするとともに、シリコン窒化膜１３によるオーバハング部１０ｃを備えることにより、ベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとを確実に分離することができるとともに、工程歩留の低下又はスループットの低下を一層防止することができる。なお、凹部１０ａの側面の形状は、一例であって、これに限定されるものではなく、エッチング処理のパラメータを適宜設定することにより、所要の形状とすることが可能である。

次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。図３及び図４は本発明に係る半導体装置の製造方法を示す説明図である。なお、トランジスタとしては、ＮＰＮ型トランジスタ及びＰＮＰ型トランジスタがあるが、いずれのトランジスタであってもよく、また、シリコン基板１０上のトランジスタの個数についても限定されるものではない。

ＮＰＮ型トランジスタの場合、まず、Ｎ型不純物（例えばアンチモンＳｂ）が予め含有されたシリコン基板１０を適宜の温度で熱酸化させることによって、シリコン基板１０上にシリコン酸化膜１１を形成する（図３（ａ））。

次に、第１ベース領域ＲＢ１とすべき位置のシリコン酸化膜１１をエッチングによって除去し、除去したシリコン基板１０をＰ型不純物（例えばボロン）が含有された拡散雰囲気中に放置して、エッチングされた領域のシリコン基板１０の表面からＰ型不純物を基板内部へ拡散させ、第１ベース領域ＲＢ１をシリコン基板１０の表面に形成する。第１ベース領域ＲＢ１を形成した後、熱酸化法と適宜ＣＶＤ（化学気相成長）を用いてシリコン酸化膜１１を所要の厚みに形成する（図３（ｂ））。この場合、シリコン酸化膜１１の厚みを制御することにより、後述するベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとの分離を調整することができる。なお、正確には、シリコン基板１０の表面上の位置によって、シリコン酸化膜１１の厚みが若干異なるが、本発明の主旨ではないことからシリコン酸化膜１１の厚みは等しいものとして説明する。

次に、シリコン酸化膜１１の表面にシリコン窒化膜１３を形成する（図３（ｃ））。シリコン窒化膜１３の形成には、減圧ＣＶＤ（化学気相成長）によりＳｉ₃Ｎ₄膜を形成することもでき、また、常圧ＣＶＤによりＳｉＮ_x膜を形成することもできる。しかし、後工程での熱処理等を考慮すれば、減圧ＣＶＤによりＳｉ₃Ｎ₄膜を形成することが耐温度性の観点から望ましい。また、シリコン窒化膜１３の厚みは、約１０００Åとすることができる。

次に、シリコン酸化膜１１の上面に形成されたシリコン窒化膜１３を窒化膜エッチングにより除去する（図３（ｄ））。シリコン窒化膜１３を除去する位置は、後工程で凹部１０ａを形成する位置である。

次に、シリコン窒化膜１３のエッチングフォトレジストマスクをそのまま流用して、酸化膜エッチングによりシリコン窒化膜１３の下面に形成されたシリコン酸化膜１１を除去する。酸化膜エッチングを行う場合、シリコン窒化膜１３はエッチングされない（除去されない）ため、シリコン酸化膜１１のオーバエッチングをすることにより、シリコン窒化膜１３の縁辺がシリコン酸化膜１１の縁辺より凹部１０ａの内側に突出するように形成される。これにより、各凹部１０ａの開口部周りにシリコン窒化膜１３によるオーバハング部（庇部）を形成する。さらに、除去されずに残ったシリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜１１をマスクとして等方性のシリコンエッチングにより、凹部１０ａ、１０ａ、…を形成する（図３（ｅ））。これにより、各凹部１０ａの開口部周りのシリコン酸化膜１１にオーバハング部（庇部）を形成し、各凹部１０ａの開口部周りをオーバハング形状とする。なお、図３（ｅ）に示す凹部１０ａの開口部周りのオーバハング形状は、一例を模式的に表したものであり、これに限定されるものではない。

次に、各凹部１０ａが形成されたシリコン基板１０をＰ型不純物が含有された拡散雰囲気中に再度放置して、エッチングされた領域のシリコン基板１０の表面からＰ型不純物を基板内部へ拡散させ、第２ベース領域ＲＢ２を各凹部１０ａの底面及び側面に形成する（図４（ｆ））。また、拡散処理を行う場合、第２ベース領域ＲＢ２の表面には、シリコン酸化膜１１が再形成される。

次に、酸化膜（ＳｉＯ₂ ）ライトエッチングにより、各凹部１０ａの底面及び側面に再形成されたシリコン酸化膜１１を除去する（図４（ｇ））。なお、ライトエッチングを行う場合には、薬液によるウエットエッチングと、プラズマによるドライエッチングとを組み合わせることもできる。

次に、シリコン基板１０をＮ型不純物が含有された拡散雰囲気中に放置して、エッチングされた領域のシリコン基板１０の表面からＮ型不純物を基板内部へ拡散させ、エミッタ領域ＲＥを各凹部１０ａの底面及び側面に形成する（図４（ｈ））。また、拡散処理を行う場合、エミッタ領域ＲＥの表面には、シリコン酸化膜１１が再形成される。なお、Ｐ型不純物の拡散（図４（ｆ））の後に、Ｎ型不純物を拡散させることから、各凹部１０ａには、その表面からＮ型不純物及びＰ型不純物がこの順序で形成される。シリコン基板１０には、予めＮ型不純物が含有されているので、Ｎ型不純物、Ｐ型不純物及びＮ型不純物が積層されたＮＰＮ型トランジスタが形成されることになる。

次に、各凹部１０ａ底面のエミッタ領域ＲＥ及びシリコン基板１０表面のベース領域ＲＢ（第１ベース領域ＲＢ１）に電極を接続すべく、窒化膜エッチング及び酸化膜エッチングにより各凹部１０ａ底面に被覆されたシリコン酸化膜１１を除去するとともに、シリコン基板１０表面に被覆されたシリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜１１を除去する（図４（ｉ））。これにより、エミッタ領域ＲＥ及びベース領域ＲＢのコンタクトホールを形成する。ここで、エミッタ領域ＲＥ及びベース領域ＲＢのコンタクトホールを形成するためのシリコン酸化膜１１、シリコン窒化膜１３の除去は、例えば、異方性エッチング（ＲＩＥ）を用いて行われる。

次に、電極材としてのアルミニウムをスパッタし、ベース電極１２Ｂ、エミッタ電極１２Ｅを形成し、その後、シリコン基板１０の裏面に、例えば、金Ａｕを蒸着してコレクタ電極１２Ｃを形成する（図４（ｊ））。シリコン基板１０に複数の凹部１０ａ、１０ａ、…が形成されていることから、アルミニウムをスパッタすることによって、第１ベース領域ＲＢ１の上方にはベース電極１２Ｂが、各凹部１０ａの底面のエミッタ領域ＲＥの上方にはエミッタ電極１２Ｅが、それぞれが他の電極と分離された状態で形成される。各凹部１０ａの開口部周りには、シリコン窒化膜１３、シリコン酸化膜１１によるオーバハング部（庇部）が形成されているため、エミッタ電極１２Ｅとベース電極１２Ｂとを確実に分離させることができる。

実施の形態２
実施の形態１では、トレンチ構造のトランジスタにおいて、シリコン基板１０の表面にベース電極１２Ｂを形成し、各凹部１０ａの底面にエミッタ電極１２Ｅを形成する構成であったが、これに限定されるものではなく、シリコン基板１０の表面にエミッタ電極１２Ｅを形成し、各凹部１０ａの底面にベース電極１２Ｂを形成することもできる。

図５は実施の形態２の半導体装置の構造を示す断面図である。各凹部１０ａを除くシリコン基板１０の表面の一部には、エミッタ領域ＲＥが各凹部１０ａで離隔されるように形成してあり、コレクタ領域ＲＣの上側であって、各凹部１０ａの底面及び側面、並びにエミッタ領域ＲＥの下側には、ベース領域ＲＢを形成してある。エミッタ領域ＲＥにはＮ型不純物としてのリンが、ベース領域ＲＢにはＰ型不純物としてのボロンが含有されている。

各凹部１０ａの側面及び各凹部１０ａ周辺のシリコン基板１０上面には、シリコン酸化膜１１が形成してあり、さらに、シリコン酸化膜１１の上面には、シリコン窒化膜１３（例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄）が形成されている。シリコン窒化膜１３の縁辺は、シリコン酸化膜１１の縁辺より突出させてオーバハング形状（庇状）にしてある。また、シリコン酸化膜１１が形成された各凹部１０ａの側面は、等方性エッチングによって各凹部１０ａの側面のサイドエッチングを促し、各凹部１０ａの開口部周りのシリコン酸化膜１１をオーバハング形状にしてある。すなわち、各凹部１０ａの開口部周りは、シリコン窒化膜１３によるオーバハングとシリコン酸化膜１１によるオーバハングが形成されている。

各凹部１０ａの底面には、ベース領域ＲＢに接続されたベース電極１２Ｂが形成されている。また、シリコン基板１０表面には、エミッタ領域ＲＥに接続されたエミッタ電極１２Ｅが形成されている。各凹部１０ａの側面には、シリコン窒化膜１３によるオーバハングとシリコン酸化膜１１によるオーバハングが形成されているため、アルミニウムのような電極部材をシリコン基板１０表面にスパッタした場合であっても、エミッタ電極１２Ｅ及びベース電極１２Ｂがシリコン基板１０の厚み方向に沿って確実に分離された状態で形成される。

図６は実施の形態２のトレンチ構造の一例を示す断面図である。各凹部１０ａの側面及び各凹部１０ａ周辺のシリコン基板１０上面には、シリコン酸化膜１１が形成してあり、さらにシリコン酸化膜１１の上面には、シリコン窒化膜１３が形成されている。シリコン窒化膜１３の縁辺は、シリコン酸化膜１１の縁辺より突出させ、各凹部１０ａの開口部回りにオーバハング部（庇部）１０ｃを形成している。

シリコン基板１０の凹部１０ａの開口部周りは、シリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜１１の両者によりオーバハング部（庇部）１０ｃ、１０ｂが形成されているため、アルミニウムのような電極部材をシリコン基板１０表面にスパッタした場合であっても、シリコン窒化膜１３の上面に形成されるエミッタ電極１２Ｅは、凹部１０ａの底面に形成されるベース電極１２Ｂと確実に分離される。実施の形態１と同様に、シリコン窒化膜１３によるオーバハング部（庇部）１０ｃを備えることにより、従来であれば、ベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとを確実に分離するためには、シリコン酸化膜１１の厚み、又は各電極の厚みなどを精度良くコントロールする必要があったのに対し、本発明では、シリコン酸化膜１１の厚み、又は各電極の厚みなどの許容範囲を大きくしても、ベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとを確実に分離することができるとともに、工程歩留の低下又はスループットの低下を防止することもできる。

さらに、実施の形態１と同様に、シリコン基板１０表面のシリコン酸化膜１１の膜厚を厚くすることにより、シリコン基板１０の板厚方向におけるベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとの離隔寸法を大きくして、両電極間の絶縁性を高めることができる。すなわち、シリコン酸化膜１１の膜厚を厚くするとともに、シリコン窒化膜１３によるオーバハング部１０ｃを備えることにより、ベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとを確実に分離することができるとともに、工程歩留の低下又はスループットの低下を一層防止することができる。なお、凹部１０ａの側面の形状は、一例であって、これに限定されるものではなく、エッチング処理のパラメータを適宜設定することにより、所要の形状とすることが可能であるのは、実施の形態１と同様である。

次に、実施の形態２の半導体装置の製造方法について説明する。図７及び図８は実施の形態２の半導体装置の製造方法を示す説明図である。なお、バイポーラトランジスタとしては、ＮＰＮ型トランジスタ及びＰＮＰ型トランジスタがあるが、いずれのトランジスタであってもよく、また、シリコン基板１０上のトランジスタの個数についても限定されるものではない。

ＮＰＮ型トランジスタの場合、まず、Ｎ型不純物（例えばアンチモンＳｂ）が予め含有されたシリコン基板１０を適宜の温度で熱酸化させることによって、シリコン基板１０上にシリコン酸化膜１１を形成する（図７（ａ））。

次に、ベース領域ＲＢを形成する位置のシリコン酸化膜１１をエッチングによって除去し、除去したシリコン基板１０をＰ型不純物（例えばボロン）が含有された拡散雰囲気中に放置して、エッチングされた領域のシリコン基板１０の表面からＰ型不純物を基板内部へ拡散させ、ベース領域ＲＢをシリコン基板１０の表面に形成する（図７（ｂ））。また、拡散処理を行う場合、ベース領域ＲＢの表面には、シリコン酸化膜１１が再形成される。なお、正確には、シリコン基板１０の表面上の位置によって、シリコン酸化膜１１の厚みが若干異なるが、本発明の主旨ではないことからシリコン酸化膜１１の厚みは等しいものとして説明する。

次に、ベース領域ＲＢの表面に形成されたシリコン酸化膜１１をエッチングによって除去し、除去したシリコン基板１０をＮ型不純物（例えばリン）が含有された拡散雰囲気中に放置して、エッチングされた領域のシリコン基板１０の表面からＮ型不純物を基板内部へ拡散させ、エミッタ領域ＲＥをシリコン基板１０の表面に適長離隔して形成する。エミッタ領域ＲＥを形成した後、熱酸化法と適宜ＣＶＤ（化学気相成長）を用いてシリコン酸化膜１１を所要の厚みに形成する（図７（ｃ））。この場合、シリコン酸化膜１１の厚みを制御することにより、後述するベース電極１２Ｂとエミッタ電極１２Ｅとの分離を調整することができる。シリコン基板１０には、予めＮ型不純物が含有されているので、Ｎ型不純物、Ｐ型不純物及びＮ型不純物が積層されたＮＰＮ型トランジスタが形成されることになる。

次に、シリコン酸化膜１１の表面にシリコン窒化膜１３を形成する（図７（ｄ））。シリコン窒化膜１３の形成には、減圧ＣＶＤ（化学気相成長）によりＳｉ₃Ｎ₄膜を形成することもでき、また、常圧ＣＶＤによりＳｉＮ_x膜を形成することもできる。しかし、後工程での熱処理等を考慮すれば、減圧ＣＶＤによりＳｉ₃Ｎ₄膜を形成することが耐温度性の観点から望ましい。また、シリコン窒化膜１３の厚みは、約１０００Åとすることができる。

次に、シリコン酸化膜１１の上面に形成されたシリコン窒化膜１３を窒化膜エッチングにより除去する（図７（ｅ））。シリコン窒化膜１３を除去する位置は、後工程で凹部１０ａを形成する位置である。

次に、シリコン窒化膜１３のエッチングフォトレジストマスクをそのまま流用して、酸化膜エッチングによりシリコン窒化膜１３の下面に形成されたシリコン酸化膜１１を除去する。酸化膜エッチングを行う場合、シリコン窒化膜１３はエッチングされない（除去されない）ため、シリコン酸化膜１１のオーバエッチングをすることにより、シリコン窒化膜１３の縁辺がシリコン酸化膜１１の縁辺より凹部１０ａの内側に突出するように形成される。これにより、各凹部１０ａの開口部周りにシリコン窒化膜１３によるオーバハング部（庇部）を形成する。さらに、除去されずに残ったシリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜１１をマスクとして等方性のシリコンエッチングにより、凹部１０ａ、１０ａ、…を形成する（図８（ｆ））。これにより、各凹部１０ａの開口部周りのシリコン酸化膜１１にオーバハング部（庇部）を形成し、各凹部１０ａの開口部周りをオーバハング形状とする。なお、図８（ｆ）に示す凹部１０ａの開口部周りのオーバハング形状は、一例を模式的に表したものであり、これに限定されるものではない。

各凹部１０ａの底面及び側面は、ベース領域ＲＢが露出しているため、これをシリコン酸化膜１１で所要の厚み分被覆すべく、熱酸化法と適宜ＣＶＤ（化学気相成長）を用いてシリコン酸化膜１１を形成する（図８（ｇ））。これにより、各凹部１０ａの側面におけるシリコン酸化膜１１の形成を確実に行うことができる。

次に、各凹部１０ａ底面のベース領域ＲＢ及びシリコン基板１０表面のエミッタ領域ＲＥに電極を接続すべく、窒化膜エッチング及び酸化膜エッチングにより各凹部１０ａ底面に被覆されたシリコン酸化膜１１を除去するとともに、シリコン基板１０表面に被覆されたシリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜１１を除去する（図８（ｈ））。これにより、エミッタ領域ＲＥ及びベース領域ＲＢのコンタクトホールを形成する。ここで、シリコン酸化膜１１、シリコン窒化膜１３の除去には、例えば、異方性エッチング（ＲＩＥ）を用いて行われる。

電極材としてのアルミニウムをスパッタし、ベース電極１２Ｂ、エミッタ電極１２Ｅを形成し、その後、シリコン基板１０の裏面に、例えば、金Ａｕを蒸着してコレクタ電極１２Ｃを形成する（図８（ｉ））。シリコン基板１０に複数の凹部１０ａ、１０ａ、…が形成されていることから、アルミニウムをスパッタすることによって、エミッタ領域ＲＥの上方にはエミッタ電極１２Ｅが、各凹部１０ａの底面のベース領域ＲＢの上方にはベース電極１２Ｂが、それぞれが他の電極と分離された状態で形成される。各凹部１０ａの開口部周りは、シリコン窒化膜１３、シリコン酸化膜１１によるオーバハング部（庇部）が形成されているため、エミッタ電極１２Ｅとベース電極１２Ｂとを確実に分離させることができる。

以上説明したように、本発明にあっては、各凹部１０ａの開口部周りには、シリコン窒化膜１３、シリコン酸化膜１１によるオーバハング部（庇部）が形成されているため、トレンチ構造のトランジスタのエミッタ電極１２Ｅとベース電極１２Ｂとを確実に分離させることができる。

上述の実施の形態では、シリコン酸化膜１１の上面にシリコン窒化膜１３を形成する構成であったが、これに限定されるものではなく、シリコン酸化膜１１を、シリコン酸化膜１１の深さ方向（厚み方向）における浅い領域をリンの含有量を増やしたリンリッチのシリコン酸化膜として、酸化膜エッチング時におけるリンリッチのシリコン酸化膜のエッチング速度がシリコン酸化膜１１のエッチング速度より大きくなることを利用して、シリコン窒化膜１３のオーバハング部（庇部）をさらに顕著に形成することもできる。

上述の実施の形態では、Ｎ型不純物がシリコン基板に予め含有され、このシリコン基板にＰ型不純物及びＮ型不純物をこの順序で拡散することによってＮＰＮ型トランジスタを形成する形態について説明したが、不純物の極性を逆にして、Ｐ型不純物がシリコン基板に予め含有され、このシリコン基板にＮ型不純物及びＰ型不純物をこの順序で拡散してＰＮＰ型トランジスタとしてもよい。

上述の実施の形態では、電極材としてアルミニウムを用いる場合について説明したが、電極材は、これに限定されるものではない。例えば、アルミニウムにＳｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｔｉなどを少量程度添加した合金を用いることもでき、また、アルミニウムに代えてＣｕを用いることもできる。

上述の実施の形態では、凹部１０ａの深さを約３μｍとしたが、凹部１０ａの深さ寸法は、これに限定されるものではなく、デバイスの大きさ、集積度等に応じて適宜設定することが可能である。また、凹部１０ａ側面のオーバハング形状も凹部１０ａの寸法に合わせて適宜変更することができる。

本発明に係る半導体装置の構造を示す断面図である。本発明のトレンチ構造の一例を示す断面図である。本発明に係る半導体装置の製造方法を示す説明図である。本発明に係る半導体装置の製造方法を示す説明図である。実施の形態２の半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態２のトレンチ構造の一例を示す断面図である。実施の形態２の半導体装置の製造方法を示す説明図である。実施の形態２の半導体装置の製造方法を示す説明図である。トレンチ構造のトランジスタの一例を示す断面図である。

符号の説明

１０シリコン基板
１０ａ凹部
１０ｂ、１０ｃオーバハング部
１１シリコン酸化膜
１２Ｅエミッタ電極
１２Ｂベース電極
１２Ｃコレクタ電極
１３シリコン窒化膜
ＲＥエミッタ領域
ＲＢベース領域
ＲＢ１第１ベース領域
ＲＢ２第２ベース領域
ＲＣコレクタ領域

Claims

基板の表面に複数形成された凹部の底面にエミッタ領域が形成され、前記凹部を除く基板の表面及び前記エミッタ領域の下側にベース領域が形成されたトランジスタを備える半導体装置であって、
前記凹部周辺の基板上面に形成されたシリコン酸化膜と、
該シリコン酸化膜の上面に形成されたシリコン窒化膜と、
該シリコン窒化膜の上面に形成され、前記ベース領域に接続されたベース電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
基板の表面に複数形成された凹部を除く基板の表面の一部にエミッタ領域が形成され、前記凹部の底面及び前記エミッタ領域の下側にベース領域が形成されたトランジスタを備える半導体装置であって、
前記凹部周辺の基板上面に形成されたシリコン酸化膜と、
該シリコン酸化膜の上面に形成されたシリコン窒化膜と、
該シリコン窒化膜の上面に形成され、前記エミッタ領域に接続されたエミッタ電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
前記凹部の内側に設けられ、前記エミッタ領域に接続されたエミッタ電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記凹部の内側に設けられ、前記ベース領域に接続されたベース電極を備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
前記ベース領域の下側に形成されたコレクタ領域を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
前記凹部側面に沿ったシリコン窒化膜の縁辺は、シリコン酸化膜の縁辺よりオーバハング状に形成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
前記凹部の開口部周りのシリコン酸化膜はオーバハング形状をなすことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
基板にトランジスタを備える半導体装置の製造方法において、
基板の表面にベース領域を形成する工程と、
ベース領域が形成された基板の表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、
シリコン酸化膜が形成された基板の表面にシリコン窒化膜を形成する工程と、
窒化膜エッチングによりシリコン窒化膜を複数箇所除去する工程と、
シリコン窒化膜が除去された基板に凹部を形成する工程と、
該凹部の底面及び側面にベース領域をさらに形成する工程と、
ベース領域が形成された凹部の底面の一部又は全部にエミッタ領域を形成する工程と、
シリコン窒化膜の上面にベース領域に接続されるベース電極を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板にトランジスタを備える半導体装置の製造方法において、
基板の表面にベース領域を形成する工程と、
ベース領域が形成された基板の表面に複数のエミッタ領域を離隔して形成する工程と、
ベース領域及びエミッタ領域が形成された基板の表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、
シリコン酸化膜が形成された基板の表面にシリコン窒化膜を形成する工程と、
窒化膜エッチングにより各ベース領域上方のシリコン窒化膜を除去する工程と、
シリコン窒化膜が除去された基板のベース領域に凹部を形成する工程と、
シリコン窒化膜の上面にエミッタ領域に接続されるエミッタ電極を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記凹部を形成する工程は、酸化膜エッチングを含むことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
前記凹部を形成する工程は、等方性エッチングによって前記凹部の開口部周りのシリコン酸化膜をオーバハング形状に形成することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の半導体装置の製造方法。