JP2718102B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にバイポー
ラトランジスタを含む半導体装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ベース抵抗及びその接合容量を低減して高速の
バイポーラトランジスタ（以降単にトランジスタと称
す）を実現するために、ベースの多結晶シリコン膜を拡
散源としてグラフトベースを自己整合的に形成したトラ
ンジスタが提案されている。

第２図は従来のこの種の半導体装置を説明するための
一部の断面図である。

この構造では、先ず、表面にn⁺型の埋込層２′を備え
たｐ型のシリコン基板１′上にｎ型のエピタキシャル層
３′を形成し、かつこのエピタキシャル層３′を素子分
離用の絶縁領域5a′で絶縁分離してコレクタを構成す
る。このコレクタの上に絶縁膜５′,p型の不純物を含有
した多結晶シリコン膜６′，及び絶縁膜７′を順次形成
した後絶縁膜７′に窓を開孔する。

次に、絶縁膜７′をマスクとして、多結晶シリコン膜
６′と絶縁膜５′をサイドエッチングして、より広い窓
を開孔する。そして、絶縁膜７′の庇の下にｐ型の不純
物を含有した多結晶シリコン膜13′を形成し、この多結
晶シリコン膜13′を拡散源として自己整合的にエピタキ
シャル層３′の表面にグラフトベース領域14′を形成す
る。

続いて、エピタキシャル層３′の開孔部表面にイオン
注入法等により、ｐ型及びｎ型不純物を順次導入してベ
ース領域17′，及びエミッタ領域20′を形成する。更
に、絶縁膜18′及びエミッタコンタクト19′を形成して
トランジスタを完成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のトランジスタでは、多結晶シリコン膜
13′を用いて自己整合的にグラフトベース領域14′を形
成しているのでベース抵抗及び接合容量の低減等が可能
であるが、この多結晶シリコン膜13′が絶縁膜７′のエ
ッチング用の窓よりも広い開孔部の側面に形成されるた
め、グラフトベース14′を含むベース領域の面積がエッ
チング用の窓よりも広くなる。このため、リソグラフィ
技術によって絶縁膜７′に開孔したエッチング用の窓よ
りも縮小された面積でかつベース抵抗のより小さいベー
ス領域を形成することが困難になり、トランジスタにお
ける接合容量の低減としゃ断周波数等高周波特性の向上
とを図るのが難しいという問題がある。

本発明はグラフトベース領域を含むベース領域の面積
を縮小しかつベース抵抗を低減させたトランジスタを含
む半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

〔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、絶縁分離された第
１導電型半導体層上に第１の絶縁膜，第２導電型不純物
を含む第１の多結晶シリコン膜，耐酸化性の第２の絶縁
膜，第３の絶縁膜，及び第４の絶縁膜を順次形成する工
程と、異方性エッチングによって前記各絶縁膜と第１の
多結晶シリコン膜を選択的に除去して前記半導体層表面
を露呈する第１の窓を開設する工程と、この第１の窓を
含む全面に前記第２の絶縁膜と同じ材質の第５の絶縁膜
及び第６の絶縁膜を順次形成する工程と、異方性エッチ
ングにより前記第６の絶縁膜及び第５の絶縁膜を順次除
去してこれらを前記第１の窓の内側面にのみ残す工程
と、この残された絶縁膜をマスクにして前記第１の窓内
の半導体層表面を選択酸化して第７の絶縁膜を形成する
工程と、前記第４の絶縁膜，第５の絶縁膜，及びその近
傍の第２の絶縁膜を選択的に除去する工程と、前記第１
の窓を含む領域に第２の多結晶シリコン膜を形成して第
１の多結晶シリコン膜に接続させる工程と、前記第１の
多結晶シリコン膜から第２の多結晶シリコン膜を通して
不純物を半導体層表面に導入してグラフトベース領域を
形成する工程と、前記第１の窓内の第２多結晶シリコン
膜の内面にのみ第８の絶縁膜を形成する工程と、この第
８の絶縁膜をマスクにして第２の多結晶シリコン膜をエ
ッチングしかつ酸化して一部に凹部を形成する工程と、
第８の絶縁膜及び酸化された第２の多結晶シリコン膜を
通して不純物を導入してベース領域を形成する工程と、
第９の絶縁膜を形成して前記凹部を埋戻す工程と、この
第９の絶縁膜をエッチングして前記第１の窓内に第２の
窓を開設する工程と、この第２の窓を通して不純物を導
入してベース領域にエミッタ領域を形成する工程とを含
んでいる。

〔作用〕

上述した製造方法では、第１の窓内にのみグラフトベ
ース領域を形成でき、かつこれより小さい領域にベース
領域を形成でき、更に小さい第２の窓内にエミッタ領域
を形成でき、微小面積のベース領域及びエミッタ領域を
形成することが可能となる。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図（ａ）乃至（ｊ）は本発明の一実施例を説明す
るための工程順に示した半導体装置の要部断面図であ
る。

先ず、第１図（ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基
板１にn⁺型の埋込層２を形成し、この上に0.5〜1.0μｍ
の厚さにｎ型のエピタキシャル層３を成長する。そし
て、前記ｐ型シリコン基板１に達する深さの絶縁領域5a
で素子間分離を行い、また同様の絶縁領域5bでn⁺型のコ
レクタ接続領域４を絶縁分離する。また、全面に第１の
絶縁膜５を形成する。

更に、前記第１の絶縁膜５上に、ｐ型の不純物を含有
する第１の多結晶シリコン膜６を成長し、素子形成領域
上の所要領域に残すように選択エッチングする。更に、
この上には、耐酸化性膜であるシリコン窒化膜からなる
第２の絶縁膜7,シリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜8,
シリコン窒化膜からなる第４の絶縁膜９を順次積層形成
する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、エミッタ領域の第
４の絶縁膜9,第３の絶縁膜8,第２の絶縁膜7,第１の多結
晶シリコン膜6,及び第１の絶縁膜５を順次選択的に異方
性エッチングして第１の窓を開設する。そして、この第
１の窓を含む全面にシリコン窒化膜からなる第５の絶縁
膜10及びシリコン酸化膜からなる第６の絶縁膜11を順次
形成する。

次いで、第１図（ｃ）に示すように、反応性イオンエ
ッチング等により前記第６の絶縁膜11を異方性エッチン
グし、更にこの第６の絶縁膜11をマスクにして前記第５
の絶縁膜10を異方性エッチングし、これらの絶縁膜11,1
0を第１の窓内の側面にのみ残す。

続いて、前記第６の絶縁膜11を除去した後、第１の窓
内に露呈されているエピタキシャル層３の表面を酸化
し、第１図（ｄ）のように、第７の絶縁膜12を形成す
る。このとき第１の窓に臨む第１の多結晶シリコン膜６
の端面は第５の絶縁膜10によって被覆されており酸化さ
れることはない。その後、第５の絶縁膜10をエッチング
除去する。このとき同時に第４の絶縁膜９もエッチング
除去され、かつ第２の絶縁膜７は2000〜3000Å程度サイ
ドエッチングされて浸食部が形成される。

次いで、第１図（ｅ）のように、前記第１の窓を含む
全面に第２の多結晶シリコン膜13を2000〜40000Å程度
に成長させ、前記浸食部を埋戻すとともに第１の窓内で
第１の多結晶シリコン膜６に接続させる。この第２の多
結晶シリコン膜13にはｐ型不純物を添加することが好ま
しいが、必ずしも必要とされるものではない。そして、
900℃の熱処理を行うことにより、第１の多結晶シリコ
ン膜６に含まれるｐ型不純物，或いは第２の多結晶シリ
コン膜13に含ませたｐ型不純物をエピタキシャル層３に
拡散させ、自己整合的にグラフトベース領域14を形成す
る。

次に、第１図（ｆ）のように、シリコン窒化膜からな
る第８絶縁膜を1000〜2000Å程度形成し、かつ異方性エ
ッチングすることにより第１の窓内の第２多結晶シリコ
ン膜13の内面にのみ残す。

次いで、第１図（ｇ）のように、露出した第２の多結
晶シリコン膜６を異方性エッチングする。エッチング量
としては30〜100％オーバーエッチングを行い、第８の
絶縁膜15の外側の第２の多結晶シリコン膜13の一部が第
８の絶縁膜15に対して2000〜5000Åの深さに凹ませられ
るようにする。その後、露出した第２の多結晶シリコン
膜13の表面を900Åで熱処理し、約500Åの厚さにわたっ
て酸化させ、第８の絶縁膜15と一体でその一部に凹部16
を有する絶縁膜として形成する。その後、イオン注入に
より活性ベース領域17を形成する。

次に、第１図（ｈ）のように、シリコン窒化膜からな
る第９の絶縁膜18を減圧CVD法により段差被覆性良く成
長する。このとき、第９の絶縁膜18の膜厚は第２の多結
晶シリコン膜13の膜厚の少なくとも1/2以上の1000〜200
0Åとし、これで前記凹部16を埋め戻す。

次に、第１図（ｉ）のように、この第９の絶縁膜18を
異方性エッチングし、続いて第９の絶縁膜18をマスクに
して第７の絶縁膜12も異方性エッチングして第１の窓よ
りも小さい第２の窓を開設し、活性ベース領域17を露出
させる。

しかる後、第１図（ｊ）のように、第３の多結晶シリ
コン膜19を成長し、例えば砒素をイオン注入しかつ900
〜950℃で熱処理することでエミッタ領域20を形成す
る。その後、第３の多結晶シリコン膜19を選択的にエッ
チングしてエミッタコンタクトを形成する。また、第3,
第2,第１の各絶縁膜8,7,5をエッチングしてコレクタコ
ンタクト穴21を設け、同様に第3,第２の各絶縁膜8,7を
エッチングしてベースコンタクト穴22を設ける。

なお、以下の工程は図示していないが、アルミニウム
膜等による各電極を形成することは言うまでもない。

このように形成されたトランジスタでは、第１の窓内
に形成した第２の多結晶シリコン膜13からエピタキシャ
ル層３に不純物を拡散してグラフトベース領域14を形成
しているので、グラフトベース領域14を窓の内側内にの
み形成して面積を縮小できる。更に、これに伴なってベ
ース領域17,エミッタ領域20を縮小でき、接合容量及び
ベース抵抗の低減を図り、かつしゃ断周波数等高周波特
性の向上を達成することが可能となる。

なお、第１図（ｅ）において、第２の多結晶シリコン
膜13を形成した後、熱処理を施して拡散によりグラフト
ベース領域14を形成する他に、第２の多結晶シリコン膜
13を形成した後にこの第２の多結晶シリコン膜13にイオ
ン注入又は拡散によりボロンをドープすることにより、
グラフトベース領域14′の低抵抗化及びベースコンタク
トとなる第２の多結晶シリコン膜13の低抵抗化を実現し
てもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、第１の窓内にのみグラ
フトベース領域を形成し、これより小さい領域内にベー
ス領域を形成し、更に小さい第２の窓内にエミッタ領域
を形成しているので、微小面積のベース領域及びエミッ
タ領域を形成することが可能となり、ベース及びエミッ
タ領域の面積を縮小して接合容量及びベース抵抗を低減
でき、かつ一方ではしゃ断周波数等高周波特性の向上を
達成したトランジスタを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｊ）は本発明の一実施例を製造工程
順に示した半導体装置の縦断面図、第２図は従来の製造
方法の一例を説明するための半導体装置の縦断面図であ
る。 1,1′……シリコン基板、2,2′……埋込み層、3,3′…
…エピタキシャル層、４……コレクタ接続領域、5,5′
……第１の絶縁膜、5a,5a′,5b……絶縁領域、６……第
１の多結晶シリコン膜、６′……多結晶シリコン膜、７
……第２の絶縁膜、７′……絶縁膜、８……第３の絶縁
膜、９……第４の絶縁膜、10……第５の絶縁膜、11……
第６の絶縁膜、12……第７の絶縁膜、13……第２の多結
晶シリコン膜、13′……多結晶シリコン膜、14,14′…
…グラフトベース領域、15……第８の絶縁膜、16……凹
部、17……ベース領域、18……第９の絶縁膜、18′……
絶縁膜、19……第３の多結晶シリコン膜、19′……エミ
ッタコンタクト、20,20′……エミッタ領域、21……コ
レクタコンタクト穴、22……ベースコンタクト穴。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁分離された第１導電型半導体層上に第
   １の絶縁膜，第２導電型不純物を含む第１の多結晶シリ
   コン膜，耐酸化性の第２の絶縁膜，第３の絶縁膜，及び
   第４の絶縁膜を順次形成する工程と、異方性エッチング
   によって前記各絶縁膜と第１の多結晶シリコン膜を選択
   的に除去して前記半導体層表面を露呈する第１の窓を開
   設する工程と、この第１の窓を含む全面に前記第２の絶
   縁膜と同じ材質の第５の絶縁膜及び第６の絶縁膜を順次
   形成する工程と、異方性エッチングにより前記第６の絶
   縁膜及び第５の絶縁膜を順次除去してこれらを前記第１
   の窓の内側面にのみ残す工程と、この残された絶縁膜を
   マスクにして前記第１の窓内の半導体層表面を選択酸化
   して第７の絶縁膜を形成する工程と、前記第４の絶縁
   膜，第５の絶縁膜，及びその近傍の第２の絶縁膜を選択
   的に除去する工程と、前記第１の窓を含む領域に第２の
   多結晶シリコン膜を形成して第１の多結晶シリコン膜に
   接続させる工程と、前記第１の多結晶シリコン膜から第
   ２の多結晶シリコン膜を通して不純物を半導体層表面に
   導入してグラフトベース領域を形成する工程と、前記第
   １の窓内の第２多結晶シリコン膜の内面にのみ第８の絶
   縁膜を形成する工程と、この第８の絶縁膜をマスクにし
   て第２の多結晶シリコン膜をエッチングしかつ酸化して
   一部に凹部を形成する工程と、第８の絶縁膜及び酸化さ
   れた第２の多結晶シリコン膜を通して不純物を導入して
   ベース領域を形成する工程と、第９の絶縁膜を形成して
   前記凹部を埋戻す工程と、この第９の絶縁膜をエッチン
   グして前記第１の窓内に第２の窓を開設する工程と、こ
   の第２の窓を通して不純物を導入してベース領域にエミ
   ッタ領域を形成する工程とを含むことを特徴とする半導
   体装置の製造方法。