JP2828126B2

JP2828126B2 - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2828126B2
Application number: JP4080478A
Authority: JP
Inventors: 亨山崎
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JPH05243248A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に選択エピタキシャル成長法によって形成するベース拡
散層を有するバイポーラトランジスタを含む半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン等の半導体基板上にバイポーラ
トランジスタ等を形成した半導体装置は、セルフアライ
ン技術や微細加工技術等の進歩により微細化が進み、動
作速度も高速化している。この動作速度を一層高速化す
る手段としては、ベース拡散層の浅接合化が効果的であ
る。このような浅いベース層を形成する方法としては、
従来より不純物イオンを注入する方法が採用されてい
た。しかし、このようなイオン注入による方法ではチャ
ネリングの影響が大きく、打ち込みエネルギを低くして
も１０００Å以下の浅いベース層を安定的且つ再現性よ
く形成することが困難であった。

【０００３】そこで、低温成長が可能で且つ原子層レベ
ルでの結晶成長制御が可能なＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａ
ｒｂｅａｍｅｐｉｔａｘｙ）技術によりベース拡散
層を形成する方法が注目されている。このＭＢＥ技術
は、極薄ベース形成には理想的な技術であるが、特に、
最先端セルフアライン構造の特徴を生かしながらＭＢＥ
技術を効果的に利用するためには、選択エピタキシャル
成長法を用いるのが必須である。

【０００４】セルフアライン構造を有するバイポーラト
ランジスタの形成において選択エピタキシャル成長技術
を適用した例としては、例えばＴ．Ｆ．Ｍｅｉｓｔｅｒ
ｅｔａｌ．１９９１Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ
ＶＬＳＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｐ６７〜６
８，に記載された方法がある。

【０００５】図７は、バイポーラトランジスタを含む従
来の半導体装置の構造の一例を示す断面図である。この
半導体装置においては、Ｐ型半導体基板１上にＮ型埋め
込み層２及びＮ型エピタキシャル層３が順次形成されて
いる。そして、Ｎ型エピタキシャル層３の表面部には、
素子分離酸化膜４が選択的に形成されている。また、Ｎ
型エピタキシャル層３の所定領域には、コレクタ拡散層
５がＮ型埋め込み層２にまで達するように形成されてい
る。このコレクタ拡散層５の表面部にはコレクタ被覆酸
化膜１２が形成されている。

【０００６】一方、Ｎ型エピタキシャル層３上の所定部
分にはベース拡散層８が形成され、その中にさらにエミ
ッタ拡散層１４が形成されている。また、ベース拡散層
８の両側のＮ型エピタキシャル層３の表面部には外部ベ
ース拡散層７が形成されている。そして、ベース拡散層
８と接続をとるＰ型多結晶シリコン層からなるベース引
き出し電極６が前記外部ベース拡散層７上方に形成され
ている。さらに、このベース引き出し電極６を被覆する
ように層間絶縁膜９及びサイドウオール絶縁膜１０が形
成され、その上にエミッタ拡散層１４と接続をとるエミ
ッタ電極１１が形成されている。

【０００７】次に、上記のようなバイポーラトランジス
タを含む従来の半導体装置の製造方法について簡単に説
明する。まず、Ｐ型半導体基板１上の全面にＮ型埋め込
み層２及びＮ型エピタキシャル層３を順次形成した後、
公知の方法を用いて素子分離酸化膜４を選択的に形成
し、さらにＮ型エピタキシャル層３中にＮ型埋め込み層
２に達するコレクタ拡散層５を形成する。

【０００８】次に、酸化膜を全面に形成した後、コレク
タ拡散層５の上部領域及び後工程で形成されるベース拡
散層８が占める空間部分に存在する酸化膜を残し、他の
領域の酸化膜を選択的にエッチングする。これにより、
コレクタ被覆酸化膜１２及びベース領域酸化膜（ベース
拡散層８が形成される空間に残される酸化膜）を形成す
る。

【０００９】次に、ベース領域酸化膜の両側のＮ型エピ
タキシャル層３の表面部にＰ型の外部ベース拡散層７を
形成した後、Ｐ型多結晶シリコン層からなるベース引き
出し電極６及び層間絶縁膜９を順次全面に形成し、これ
らを所定形状にパターニングした後、ベース引き出し電
極６の端面にサイドウオール絶縁膜１０を形成する。

【００１０】次に、ベース領域酸化膜を選択的にウェッ
トエッチング除去して空間を形成した後、この空間に選
択エピタキシャル成長技術を用いてベース拡散層８を成
長する。次に、ベース拡散層８内にエミッタ拡散層１４
を形成した後、全面に電極層を形成してパターニング
し、エミッタ電極１１を形成する。このようにして図７
の断面構造が得られる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなバイポー
ラトランジスタを含む従来の半導体装置では、ベース拡
散層８が形成される空間を形成するため、予め全面に形
成した酸化膜を島状に残してエッチングすることにより
得られるベース領域酸化膜を製造工程の途中で一時的に
形成する。このベース領域酸化膜の端面は垂直に近い急
角度を有している。従って、ベース引き出し電極６の端
面もこれに対応した急角度を有することになる。

【００１２】一方、前記ベース領域酸化膜を除去した後
に形成されるベース拡散層８は、選択エピタキシャル成
長法により成長するが、この成長時におけるガス流量や
成長温度等の成長条件によっては、ベース拡散層８の端
面がテーパー状の緩やかな斜面を生じることがある。こ
れは、ベース拡散層８を構成するエピタキシャル層と絶
縁物や多結晶シリコンとの界面において生じ易いもので
あり、ファセット１５と呼ばれる。

【００１３】このようなファセット１５が生じると、ベ
ース引き出し電極６の急な傾斜を有する端面とベース拡
散層８のファセット１５との間に“す”と呼ばれる空洞
部１３が形成され、ベース引き出し電極６とベース層と
の接続が不十分となる。この結果、ベース抵抗が増大し
たりトランジスタの信頼性が悪化したりする。また、ベ
ース拡散層８と接するのがベース引き出し電極６以外の
場合でも、上記のような空洞部１３が生じるのは半導体
装置の特性上好ましくない。

【００１４】

【発明の目的】従って、本発明の目的はベース拡散層と
ベース引き出し電極との接触面積を大にして接触抵抗を
低減する半導体装置を提供することにある。また、本発
明の他の目的はベース拡散層の端部とこの端部に接触す
る他の構成層の間に空洞部を形成しない半導体装置の製
造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、端部に傾斜面を有したベース拡散層を有
するバイポーラトランジスタが半導体基板上に形成され
た半導体装置において、前記半導体基板内に形成され、
前記ベース拡散層の前記端部の底面と重なり合って接触
する外部ベース拡散層と、前記ベース拡散層の前記傾斜
面の全面を含む前記ベース拡散層の前記端部の表面に接
触し、かつ、前記外部ベース拡散層に接触して形成され
たベース引き出し電極を有することを特徴とする半導体
装置を提供する。

【００１６】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
ベース拡散層を選択エピタキシャル法によって形成する
前に、半導体基板面に対する傾斜角度が後工程で形成さ
れる前記ベース拡散層の端部に生じる傾斜面の傾斜角度
よりも大きくない角度を有する傾斜面である端面を有す
る島状絶縁膜を前記ベース拡散層が形成されるべき空間
にのみ選択的に形成し、その後前記島状絶縁膜と接する
領域に他の構成層を形成し、その後前記島状絶縁膜を除
去し、さらに前記島状絶縁膜が占めていた空間に前記ベ
ース拡散層を形成するようにした。

【００１７】前記半導体基板面に対する傾斜角度が後工
程で形成される前記ベース拡散層の端部に生じる傾斜面
の傾斜角度よりも大きくない角度を有する傾斜面である
端面を有する島状絶縁膜を形成する方法は、例えば、絶
縁膜を全面に形成した後、ＣＦ₄プラズマを前記絶縁膜
の表面に照射し、さらに前記絶縁膜をエッチングして前
記島状絶縁膜を形成する工程を含む。ＣＦ₄プラズマを
前記絶縁膜の表面に照射する代わりに、不純物イオンを
前記絶縁膜に注入してもよい。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の一実施例を示すバイポ
ーラトランジスタを含む半導体装置の断面図である。基
本構造は図７に示した従来の半導体装置と全く同じであ
り、同一部材は同一参照番号で示してある。しかし、本
実施例においては、ベース引き出し電極６の端面がベー
ス拡散層８のテーパー状のファセット１５に対応した傾
斜角θ₁を有した形状となっているので、従来の半導体
装置において生じていたベース拡散層８とベース引き出
し電極６との間の空洞が形成されず、両者の間で良好な
接続が得られる。

【００１９】以下、本発明の一実施例の製造方法につい
て、図を参照しながら説明する。まず、図２（ａ）に示
すように、Ｐ型半導体基板１上にＮ型埋め込み層２及び
Ｎ型エピタキシャル層３を順次全面に形成する。次に、
公知の方法を用いて３０００〜６０００Åの厚さの素子
分離酸化膜４を選択的に形成する。そして、イオン注入
法を用い、前記Ｎ型埋め込み層２にまで達するようにコ
レクタ拡散層５を形成する。次に、ＣＶＤ法を用いて４
００〜８００Åの厚さの絶縁膜、例えば酸化膜１６を全
面に形成する。

【００２０】次に、図２（ｂ）に示すように、公知のフ
ォトエッチ法を用い、活性ベース領域及びコレクタ拡散
層５上の領域にそれぞれ酸化膜１６が島状に残るように
酸化膜１６をエッチングし、コレクタ被覆酸化膜１２及
びベース領域酸化膜１７を形成する。このとき、ベース
領域酸化膜１７の端部は、後工程で選択成長するベース
拡散層８のファセット１５の角度よりも小さいテーパー
角が形成されるようにする。このテーパー角形成方法と
しては、例えば以下に示す第一及び第二の方法がある。

【００２１】第一の方法としては、ＣＦ₄プラズマを酸
化膜１６の表面に照射した後、レジストパターンをパタ
ーニング後、バッファードフッ酸で酸化膜１６をエッチ
ングし、テーパー形状を形成する方法がある。テーパー
の角度は、図３に示すように、ＣＦ₄プラズマの照射時
間によって２０〜６０度の範囲で任意に制御することが
できる。また、第二の方法としては、ヒ素等の不純物イ
オンを注入する方法がある。テーパーの角度は、図４に
示すように、イオン注入する不純物量によって１５〜６
０度の範囲で制御することができる。

【００２２】次に、図２（ｃ）に示すように、ベース領
域酸化膜１７の両側のＮ型エピタキシャル層３の表面部
にＰ型の外部ベース拡散層７を形成した後、１０００〜
３０００Åの厚さのボロンを含むＰ型多結晶シリコン層
からなるベース引き出し電極６及び１０００〜３０００
Åの厚さの層間絶縁膜９を順次全面に形成する。そし
て、これらを所定形状にパターニングした後、ベース引
き出し電極６の端面に１０００〜３０００Åの厚さのサ
イドウオール絶縁膜１０を公知の技術により形成する。
なお、層間絶縁膜９及びサイドウオール絶縁膜１０は、
バッファードフッ酸に対して耐性を持つ、例えば窒化膜
からなるものであるのが望ましい。

【００２３】次に、ベース領域酸化膜１７を選択的にウ
ェットエッチング除去し、図２（ｄ）に示すようなベー
ス領域空間１８を有する断面構造を得ることができる。
次に、選択エピタキシャル成長方を用いて前記ベース領
域空間１８にベース拡散層８を成長する。成長条件は、
例えば５００〜８００℃、ジシランガス１０〜８０ｓｃ
ｃｍ、ボロン濃度１０¹⁸〜１０¹⁹ｃｍ^-3の条件で行う。

【００２４】この場合、既に形成されているベース引き
出し電極６の端部の傾斜面は、ベース拡散層８の端部に
生じるファセット角θ₁と同じかそれよりも小さい角度
θ₂を有するので、後工程で成長するベース拡散層８の
端面は前記ベース引き出し電極６の端部の傾斜面に密着
して成長する。従って、従来の場合のように両者の間に
“す”が生じることがない。

【００２５】次に、エミッタ拡散層１４をベース拡散層
８内に形成した後、全面に電極層を形成してパターニン
グし、エミッタ電極１１を形成する。このようにして図
１の断面構造が得られる。この後は、図示していない
が、公知のように層間絶縁膜、電極形成等を行い、バイ
ポーラトランジスタを完成する。

【００２６】図５は、本発明の第二の実施例を示す。本
実施例の半導体装置の基本構造は第一の実施例と同じで
あるが、ベース拡散層８のファセット１５の形状がこと
なっている。すなわち、ベース拡散層８を成長する選択
エピタキシャル成長の条件によっては、ベース拡散層８
の端部に形成されるファセット１５は図５に示すような
形状になる場合がある。この場合には、成長工程中にベ
ース領域に一時的に形成するベース領域絶縁膜を、下層
が３００〜５００Åの窒化膜で上層が３００〜５００Å
の酸化膜からなる複合膜とする。これにより、上層の酸
化膜の部分のみに前述のテーパー形成法を用いてテーパ
ーを形成すれば、図５に示すような形状の空洞部を形成
することができ、ベース引き出し電極６との間に“す”
が生じてしまうことがない。

【００２７】図６は、本発明の第三の実施例を示す。本
実施例の半導体装置は、多結晶シリコンからなるベース
引出し電極を用いず、通常の金属電極によりベース拡散
層８との接続をとる場合の例を示している。この場合、
層間絶縁膜は１９、２０、及び２２の三層構造を有して
いる。そして、層間絶縁膜１９が酸化膜である場合、製
造工程中にベース領域に一時的に形成するベース領域絶
縁膜を窒化膜とすることにより、層間絶縁膜１９と大き
な選択比をもってベース領域絶縁膜をエッチング除去で
きる。エッチング除去の際に１６０〜１５０℃のホット
リン酸をエッチング液として用いれば、下地のＮ型エピ
タキシャル層３に対する悪影響がなく、容易にベース領
域絶縁膜を除去することができる。そして、最終的に、
コレクタ拡散層５上にコレクタ電極２３、ベース拡散層
８上にベース電極２４、エミッタ拡散層１４上にエミッ
タ電極２１及び２５を形成する。

【００２８】以上説明した通り、本発明の半導体装置に
よると、ベース拡散層の端部底面と重なり合って接触す
るように外部ベース拡散層を形成し、ベース拡散層の端
部に形成された傾斜面を含むベース拡散層の端部表面と
外部ベース拡散層に接触するようにベース引き出し電極
を形成したため、ベース拡散層と外部ベース拡散層との
接触面積を大にして接触抵抗を低減することができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法によると、ベース
拡散層の端部と接触する他の構成層の接触面の半導体基
板面に対する傾斜角度をベース拡散層の端部に形成され
る傾斜面の半導体基板面に対する傾斜角度よりも大きく
ない角度にしたため、ベース拡散層と他の構成層の間に
空洞部が生じないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を示
す工程図である。

【図３】ＣＦ₄プラズマの照射時間とベース領域絶縁膜
１７の端部のテーパー角度の関係を示す図である。

【図４】不純物イオンの注入量とベース領域絶縁膜１７
の端部のテーパー角度の関係を示す図である。

【図５】本発明の半導体装置の第二の実施例を示す断面
図である。

【図６】本発明の半導体装置の第三の実施例を示す断面
図である。

【図７】従来のの半導体装置の一例を示す工程図であ
る。

【符号の説明】

１Ｐ型半導体基板２Ｎ型埋め込み層３Ｎ型エピタキシャル層４素子分離酸化膜５コレクタ拡散層６ベース引き出し電極７外部ベース拡散層８ベース拡散層９，１９，２０，２２層間絶縁膜１０サイドウオール絶縁膜１１，２１，２５エミッタ電極１２コレクタ被覆酸化膜１３空洞部１４エミッタ拡散層１５ファセット１６酸化膜１７ベース領域酸化膜１８ベース領域空間２３コレクタ電極２４ベース電極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】端部に傾斜面を有したベース拡散層を有す
るバイポーラトランジスタが半導体基板上に形成された
半導体装置において、前記半導体基板内に形成され、前記ベース拡散層の前記
端部の底面と重なり合って接触する外部ベース拡散層
と、前記ベース拡散層の前記傾斜面の全面を含む前記ベース
拡散層の前記端部の表面に接触し、かつ、前記外部ベー
ス拡散層に接触して形成されたベース引き出し電極を有
することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】選択エピタキシャル法によって形成する
ベース拡散層を有するバイポーラトランジスタが半導体
基板上に形成された半導体装置の製造方法において、前
記ベース拡散層を形成する前に、前記半導体基板面に対
する傾斜角度が後工程で形成される前記ベース拡散層の
端部に生じる傾斜面の傾斜角度よりも大きくない角度を
有する傾斜面である端面を有する島状絶縁膜を前記ベー
ス拡散層が形成されるべき空間にのみ選択的に形成し、
その後前記島状絶縁膜と接する領域に他の構成層を形成
し、その後前記島状絶縁膜を除去し、さらに前記島状絶
縁膜が占めていた空間に前記ベース拡散層を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記半導体基板面に対する傾斜角度が後
工程で形成される前記ベース拡散層の端部に生じる傾斜
面の傾斜角度よりも大きくない角度を有する傾斜面であ
る端面を有する島状絶縁膜を形成する方法は、絶縁膜を
全面に形成し、その後ＣＦ₄プラズマを前記絶縁膜の表
面に照射した後、前記絶縁膜をエッチングして前記島状
絶縁膜を形成する工程を含むものである、請求項２に記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記半導体基板面に対する傾斜角度が後
工程で形成される前記ベース拡散層の端部に生じる傾斜
面の傾斜角度よりも大きくない角度を有する傾斜面であ
る端面を有する島状絶縁膜を形成する方法は、絶縁膜を
全面に形成し、その後不純物イオンを前記絶縁膜に注入
した後、前記絶縁膜をエッチングして前記島状絶縁膜を
形成する工程を含むものである、請求項２に記載の半導
体装置の製造方法。