JP2924764B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2924764B2 JP8041398A JP4139896A JP2924764B2 JP 2924764 B2 JP2924764 B2 JP 2924764B2 JP 8041398 A JP8041398 A JP 8041398A JP 4139896 A JP4139896 A JP 4139896A JP 2924764 B2 JP2924764 B2 JP 2924764B2
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智弘 小川
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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およびそ
の製造方法に係わり、特に改良されたコンタクト孔構造
を有するバイポーラ型半導体装置およびその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来技術のバイポーラ型半導体装
置を示す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)の
C−C′部の断面図である。
【0003】半導体基板はシリコン半導体基体1とその
上にエピタキシャル成長されたエピタキシャル領域で構
成され、このエピタキシャル領域3の表面にシリコン酸
化膜7が形成され、そこに形成された開口8下のエピタ
キシャル領域3の内部にベース領域13とエミッタ領域
16が形成され、エピタキシャル領域3をコレクタとし
たバイポーラトランジスタが構成される。
【0004】そしてN+ 型の埋込領域2に達するコレク
タコンタクト18内に導電物質からなる埋設物19Aが
うめこまれ、このコレクタコンタクト18を通してコレ
クタに電位が与えられる。
【0005】一方、ポリシリコン層9がシリコン酸化膜
7に形成されたベース開口11を通して外部ベース領域
12に接続され、ベースコンタクト17で導電物質から
なる埋設物19Bに接続され、この埋設物19Bにバイ
アスを印加することでベース領域13に電位が与えられ
る。
【0006】また、ポリシリコン層9およびシリコン酸
化膜10の側壁に形成された絶縁側壁14に囲まれて、
エミッタ領域16に接続するエミッタポリシリコン15
および導電物質からなる埋設物19Cが形成され、この
埋設物19Cを通してエミッタ領域16に電位が与えら
れる。
【0007】さらに、P+ 型領域5に達する絶縁物6に
より素子分離がなされる。
【0008】図6は、図5に示した従来技術のバイポー
ラトランジスタを形成する工程を順に示した断面図であ
る。
【0009】まず図6(A)において、P型シリコン半
導体基体1の表面に選択的にヒ素を導入して、N+ 型の
埋込領域2を形成する。次に、N- 型のエピタキシャル
領域3をエピタキシャル成長により形成する。このとき
埋込領域2はオートドーピングによりエピタキシャル領
域3の内部にせりあがる。次に、ホトレジスト(図示省
略)をマスクにエピタキシャル領域3とシリコン半導体
基板1をエッチングし、素子分離のためのトレンチ4を
形成する。次にボロンをイオン注入し、トレンチ4の底
部にP+ 型領域5を形成する。次に絶縁物6をトレンチ
4内に埋設する。
【0010】次に図6(B)において、シリコン酸化膜
7を形成し、ホトレジスト(図示省略)をマスクにエッ
チングを行ない開口8を形成する。次にボロンなどの不
純物を含むP+ 型のポリシリコン層9を形成し、ホトレ
ジスト(図示省略)をマスクにしてパターニングを行
う。次にシリコン酸化膜10を形成する。
【0011】次に図6(C)において、ホトレジスト
(図示省略)をマスクにしてシリコン酸化膜10とポリ
シリコン層9とをエッチングしベース開口11を形成す
る。次に熱処理を行いポリシリコン層9の中のボロンを
エピタキシャル領域3に拡散し、外部ベース領域12を
形成する。次にボロンをイオン注入しベース領域13を
形成する。次に絶縁膜を堆積した後、エッチバックを行
い絶縁側壁14を形成する。次にヒ素、リンなどのN型
不純物を含むポリシリコンを堆積し、エッチバックによ
りエミッタポリシリコン15を形成する。次に熱処理に
よりエミッタポリシリコン15に含まれるN型不純物を
ベース領域13に拡散しエミッタ領域16を形成する。
【0012】次に図5に示すように、ホトレジスト(図
示省略)をマスクにしてシリコン酸化膜10をエッチン
グしベースコンタクト17を形成する。次にホトレジス
ト(図示省略)をマスクにしてシリコン酸化膜10、シ
リコン酸化膜7、エピタキシャル領域3と埋込領域2と
をエッチングしコレクタコンタクト18を形成する。つ
ぎにタングステン等の金属を堆積、エッチバックし埋込
物19A,19B、19Cを形成する。
【0013】図7は他の従来技術のバイポーラ型半導体
装置を示す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)
のD−D′部の断面図である。尚、図7において図5と
同一もしくは類似の箇所は同じ符号を付してあるから重
複する説明は省略する。
【0014】図7ではシリコン半導体基体1の表面に設
けられたエピタキシャル領域3の一部がシリコン酸化膜
21になっている点が、図5と異なる。
【0015】図8は、図7に示した他の従来技術のバイ
ポーラトランジスタを形成する工程を順に示した断面図
である。
【0016】まず図8(A)において、シリコン半導体
基体1にヒ素を選択的に導入して、N+ 型の埋込領域2
を形成する。このとき埋込領域2はオートドーピングに
より上にせりあがる。次にシリコン窒化膜20を堆積し
同膜をパターニングする。次に酸化を行いシリコン窒化
膜20が存在しない部分に埋設シリコン酸化膜21を形
成する。
【0017】次に図8(B)において、シリコン窒化膜
20を除去後、ホトレジスト(図示省略)をマスクにし
てシリコン酸化膜21、エピタキシャル領域3とシリコ
ン半導体基体1をエッチングし、素子分離のためのトレ
ンチ4を形成する。次にボロンをイオン注入しトレンチ
4の底部にP+ 型領域5を形成する。次に絶縁物6をト
レンチ4内に埋設する。
【0018】次にシリコン酸化膜7を形成する工程から
エミッタ領域16を形成する工程までは図6と同様であ
る。
【0019】次に図8(C)に示すように、ホトレジス
ト(図示省略)をマスクにして、シリコン酸化膜7、エ
ピタキシャル領域3と埋込領域2とをエッチングしベー
スコンタクト17とコレクタコンタクト18とを同時に
形成する。
【0020】次にタングステン等の金属を堆積し、エッ
チバックして埋設物19A,19B、19Cを形成す
る。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】前述した図5および図
6に示す従来技術では、シリコン酸化膜とシリコン酸化
膜及びシリコンとのエッチングであるから、ベースコン
タクト17とコレクタコンタクト18とをそれぞれ別々
のホトリソグラフィー工程(以下、PR工程、と称す)
により形成していた。そのため工程数が増え、工数増大
や工期が長くなるといった問題点を有する。
【0022】一方、図7および図8に示す従来技術で
は、ともにシリコン酸化膜のエッチングであるから、ベ
ースコンタクト17とコレクタコンタクト18とを同時
に形成している。しかしシリコン酸化膜21を形成する
ためのPR工程が必要となるため、図5および図6と同
一のPR工程数となり、図5および図6と同様に工程数
が増え、工数増大や工期が長くなるといった問題点を有
する。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板の主面に形成された第1の絶縁膜と、前記半導体基
板の半導体領域、例えばバイポーラトランジスタの外部
ベース領域を含むベース領域に接続し前記第1の絶縁膜
上を延在する導電膜と、前記導電膜上に形成された第2
の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜及び前記導電膜を貫通し
かつ前記第1の絶縁膜の上面に達する第1の開口と、前
記第1の開口を充填する第1の導電体と、前記第2及び
第1の絶縁膜を貫通しかつ前記半導体基板を掘り下げて
該半導体基板の内部に設けられた埋込領域、例えばバイ
ポーラトランジスタのコレクタ埋込領域の内部に達する
第2の開口と、前記第2の開口を充填して前記埋込領域
に接続する第2の導電体とを有する半導体装置にある。
ここで前記導電膜と比較して前記第1の導電体の比抵抗
が低いことが好ましく、例えば前記導電膜はシリコン膜
であり、前記第1の導電体は高融点金属から構成され
る。
【0024】本発明の他の特徴は、前記第1の開口及び
前記第2の開口を同時に形成し、また前記第1の導電体
及び前記第2の導電体を同時に形成する半導体装置の製
造方法にある。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。
【0026】図1は本発明の第1の実施の形態のバイポ
ーラ型半導体装置を示す図であり、(A)は平面図、
(B)は(A)のA−A′部の断面図である。また図2
及び図3)は、図1に示したバイポーラトランジスタを
製造する工程を順に示した断面図である。
【0027】図1に示すように本発明の第1の実施の形
態の半導体装置は、バイポーラトランジスタのベース引
き出し部であるポリシリコン層9に設けられたベースコ
ンタクト17がポリシリコン層9を貫通しており、かつ
開口17内にはポリシリコンより低抵抗の金属、例えば
高融点金属のタングステンの埋設物19Bを有してい
る。図1の他の構成は図2及び図3を参照して説明す
る。図2及び図3はこの第1の実施の形態を製造工程順
に示した断面図である。
【0028】まず図2(A)において、P型シリコン半
導体基体1の表面に選択的にヒ素を導入して、N+ 型の
埋込領域2を形成し、N- 型のエピタキシャル領域3を
エピタキシャル成長により形成して半導体基板を構成す
る。このとき埋込領域2はオートドーピングによりエピ
タキシャル領域3の内部にせりあがる。次に、ホトレジ
スト(図示省略)をマスクにエピタキシャル領域3とシ
リコン半導体基板1をエッチングし、素子分離のための
トレンチ4を形成し、ボロンをイオン注入し、その後の
熱処理によりトレンチ4の底部にP+ 型領域5を形成
し、絶縁物6をトレンチ4内に埋設する。そして、シリ
コン酸化膜7を形成し、ホトレジスト(図示省略)をマ
スクにエッチングを行ない開口8を形成し、ボロンなど
の不純物を含むP+ 型のポリシリコン層9を形成し、ホ
トレジスト(図示省略)をマスクにしてパターニングを
行う。次にシリコン酸化膜10を形成し、ホトレジスト
(図示省略)をマスクにしてシリコン酸化膜10とポリ
シリコン層9とをエッチングしてベース開口11を形成
する。次に熱処理を行いポリシリコン層9の中のボロン
をエピタキシャル領域3に拡散し、外部ベース領域12
を形成し、ボロンをイオン注入しその後の活性化熱処理
によりベース領域13を形成する。次に絶縁膜を堆積し
た後、エッチバックを行い絶縁側壁14を形成し、ヒ
素、リンなどのN型不純物を含むポリシリコンを堆積
し、エッチバックによりエミッタポリシリコン15を形
成し、熱処理によりエミッタポリシリコン15に含まれ
るN型不純物をベース領域13に拡散しエミッタ領域1
6を形成する。
【0029】ここまでは先に図6で説明した従来技術と
同様である。
【0030】次に、本実施の形態ではその後、ベースコ
ンタクト孔およびコレクタコンタクト孔を開口できるよ
うにホトレジスト22をパターニングする。
【0031】次に、図2(B)に示すように、ホトレジ
ストパターン22をマスクにしてこれによりベースコン
タクト部分ではシリコン酸化膜10のみが、またコレク
タコンタクト部分ではシリコン酸化膜10およびシリコ
ン酸化膜7がエッチングされる。
【0032】次に図3に示すように、6フッ化硫黄等の
ガスでシリコンのエッチングを行う。このときベースコ
ンタクト部分ではポリシリコン層9の下にシリコン酸化
膜7があるので、ポリシリコン層9をエッチング終了後
はシリコン酸化膜7はほとんどエッチングされない。一
方、ベースコンタクト部分はエッチングの障害となるシ
リコン酸化膜がないのでシリコンエッチングが進行す
る。そしてエッチング開口底部がN+ 型埋込領域2の内
部に所定の深さ達したところでエッチングを終了する。
【0033】つぎにタングステン等の金属を堆積、エッ
チバックし埋設物19A,19B、19Cを形成して、
図1に示した半導体装置を得る。
【0034】このような本発明の第1の実施の形態によ
れば、前述した従来技術と比較してベースコンタクトの
開口とコレクタコンタクトの開口とを同時に行い、かつ
図7、図8のような埋設シリコン酸化膜の形成も不要で
あるから、PR工程を1回削減することができ、工数低
減、工期短縮の効果を有する。
【0035】また、ベースコンタクト17はポリシリコ
ン層9を貫通しており、またベースコンタクト17内は
抵抗の低い埋設物19Bが満たされているため、ベース
引き出し距離を短くできるためベース引き出し抵抗を低
減することができる。
【0036】図4は本発明の第2の実施の形態のバイポ
ーラ型半導体装置を示す図であり、(A)は平面図、
(B)は(A)のB−B′部の断面図である。尚、図4
において図1乃至図3と同一もしくは類似の箇所は同じ
符号で示してあるから重複する説明はなるべく省略す
る。
【0037】この第2の実施の形態では、エミッタ開口
11の両側に第1ベースコンタクト23および第2ベー
スコンタクト24の2つのコンタクトを有するダブルベ
ースと呼ばれる構造である。ダブルベース構造はベース
コンタクトを2つ持つためベース抵抗が低いが、エミッ
タ開口11とコレクタコンタクト18との距離が長くな
り、N型埋込領域(コレクタ)とシリコン半導体基板と
の寄生容量が大きくなるといった欠点があった。
【0038】本発明では第2ベースコンタクト24とコ
レクタコンタクト18とは同一のフォトリソグラフィー
のマスクにより形成するため、2枚のマスクを使ったと
きのように位置ずれを生じることがない。そのため第2
ベースコンタクト24とコレクタコンタクト18との距
離を短くでき、上述したダブルベース構造の欠点を低減
し、かつダブルベース構造の利点であるベース抵抗低減
ができる。
【0039】
【発明の効果】本発明の第1の効果は、PR工程を1回
削減することができ、工数低減、工期短縮を可能にする
ことである。
【0040】本発明の第2の効果は、ベースコンタクト
17あるいは23、24はポリシリコン層9を貫通して
おり、またベースコンタクト17内は抵抗の低い埋設物
19Bが満たされているため、従来のようにポリシリコ
ン層9の上面でコンタクトを取った場合に比べベース引
き出し抵抗を低減することができる。
【0041】本発明の第3の効果は本発明をダブルベー
ス構造に適用した際に特に得られる。すなわち、本発明
を用いた場合、第1ベースコンタクト23と同様に第2
ベースコンタクト24とコレクタコンタクト18とは同
一のマスクを用いた同一のフォトリソグラフィーにより
形成するため、2枚のマスクを使ったときのように位置
ずれを生じることがない。そのため第2ベースコンタク
ト24とコレクタコンタクト18との距離を短くするこ
とができ、上述したダブルベース構造の欠点を低減し、
かつダブルベース構造の利点であるベース抵抗を低減す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体装置を示す
図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A′
部の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図3】図2の続きの工程を示す断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の半導体装置を示す
図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B′
部の断面図である、
【図5】従来技術の半導体装置を示す図であり、(A)
は平面図、(B)は(A)のC−C′部の断面図であ
る。
【図6】図5に示す従来技術の半導体装置の製造方法を
工程順に示す断面図である。
【図7】他の従来技術の半導体装置を示す図であり、
(A)は平面図、(B)は(A)のD−D′部の断面図
である。
【図8】図7に示す他の従来技術の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン半導体基体 2 N+ 型の埋込領域 3 エピタキシャル領域 4 トレンチ 5 P+ 型領域 6 絶縁物 7 シリコン酸化膜 8 開口 9 ポリシリコン層 10 シリコン酸化膜 11 ベース開口 12 外部ベース領域 13 ベース領域 14 絶縁側壁 15 エミッタポリシリコン 16 エミッタ領域 17 ベースコンタクト(ベースコンタクト開口) 19(19A,19B、19C) 埋設物 20 シリコン窒化膜 21 埋設シリコン酸化膜 22 ホトレジスト 23 第1ベースコンタクト 24 第2ベースコンタクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/68 - 29/73

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の主面に形成された第1の絶
    縁膜と、前記半導体基板の半導体領域に接続し前記第1
    の絶縁膜上を延在する導電膜と、前記導電膜上に形成さ
    れた第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜及び前記導電膜
    を貫通しかつ前記第1の絶縁膜の上面に達する第1の開
    口と、前記第1の開口を充填する第1の導電体と、前記
    第2及び第1の絶縁膜を貫通しかつ前記半導体基板を掘
    り下げて該半導体基板の内部に設けられた埋込領域の内
    部に達する第2の開口と、前記第2の開口を充填して前
    記埋込領域に接続する第2の導電体とを有することを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記導電膜と比較して前記第1の導電体
    の比抵抗が低いことを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 前記導電膜はシリコン膜であり、前記第
    1の導電体は高融点金属から構成されていることを特徴
    とする請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体領域はバイポーラトランジス
    タの外部ベース領域を含むベース領域であり、前記埋込
    領域は該バイポーラトランジスタのコレクタ埋込領域で
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の開口及び前記第2の開口を同
    時に形成し、また前記第1の導電体及び前記第2の導電
    体を同時に形成することを特徴とする請求項1の半導体
    装置を製造する半導体装置の製造方法。
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