JP3121636B2 - バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バイポーラトランジ
スタの製造方法において、エミッタ形成用開口部を自己
整合的に縮小形成する工程を有する半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置の用途として、特に
高速動作性を必要とする分野では、一般にＥＣＬ／ＣＭ
Ｌ（Emitter Coupled Logic ／Current Mode Logic）系
のバイポーラ型半導体集積回路装置が用いられている。
ＥＣＬ／ＣＭＬ系回路においては、消費電力、論理振幅
を一定とした場合、回路を構成する素子、配線の寄生容
量およびトランジスタのベース抵抗、利得帯域幅積によ
って動作速度が決定される。このうち、寄生容量の低減
に関しては、特に動作速度への寄与が大きいトランジス
タのベース・コレクタ間の接合容量を低減することが必
要であり、このためには多結晶シリコンを用いてベース
電極を素子領域の外部に引き出し、ベース面積を縮小す
ることが有効である。また、多結晶シリコン抵抗及び金
属配線を厚い分離酸化膜上に形成して、これらの寄生容
量も低減する方法が一般に採用されている。

【０００３】一方、ベース抵抗の低減には、不活性ベー
ス層を低抵抗化して可能な限りエミッタに近接させると
共に、エミッタを細くしてエミッタ直下の活性ベース層
の抵抗を減少させることが必要である。また、利得帯域
幅積の向上には、エミッタ及びベース接合を浅接合化す
ると共にコレクタのエピタキシャル層を薄くすることが
有効である。

【０００４】これらの事項を実現することを目的として
提案された従来技術として、特開昭６３−２６１７４６
号公報に開示された製造方法を説明する。

【０００５】図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）〜
（ｃ）は上記製造方法を説明するための図であり、ま
た、図６（ａ）〜（ｃ）および図７（ａ）〜（ｃ）は図
４（ｃ）〜図５（ｃ）の間の工程を詳細に説明するため
のベース及びエミッタ領域周辺の拡大図である。尚、図
４および図５では図面が煩雑になるのを避けるため、一
部の膜が省略されている。

【０００６】図４（ａ）は素子分離後、半導体基体上に
約３０００Åの多結晶シリコンを形成し、表面を２００
Å程度酸化（図示せず）したのち、１０００〜２０００
Åの窒化膜をベース電極及びコレクタ電極形成部分に選
択的に形成した状態を示し、１０１はＰ^- 型シリコン基
板、１０２はシリコン基板１０１上に形成されたＮ⁺ 型
埋込拡散層、１０３は埋込拡散層１０２上に形成された
Ｎ^- 型エピタキシャル層、１０４はシリコン基板１０１
及び埋込拡散層１０２上に形成した素子分離酸化膜、１
０５はエピタキシャル層１０３及び素子分離酸化膜１０
４上に形成した多結晶シリコン、１０６ａ，１０６ｂ，
１０６ｃは多結晶シリコン１０５上に選択的に形成した
窒化膜である。Ｎ^- 型エピタキシャル層１０３は、素子
分離酸化膜１０４によって、ベース・エミッタ形成領域
の第１の島領域１０３ａと、コレクタ形成領域の第２の
島領域１０３ｂに分けられる。

【０００７】次に、図４（ｂ）に示すように、窒化膜１
０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃをマスクとして多結晶シリ
コン１０５を選択酸化し、多結晶シリコン１０５ａ，１
０５ｂ，１０５ｃを得る。１０７は多結晶シリコン１０
５を酸化して得られた多結晶シリコン酸化膜である。次
に、コレクタ電極としての多結晶シリコン１０５ｃ上の
窒化膜１０６ｃを選択的に除去し、コレクタ電極多結晶
シリコン１０５ｃに燐原子をイオン注入し、熱処理を行
ってコレクタ電極多結晶シリコン１０５ｃからの拡散で
第２の島領域１０３ｂをコレクタ抵抗低減用Ｎ⁺ 型領域
１０８とする。その後、ベース電極としての多結晶シリ
コン１０５ａ，１０５ｂに窒化膜１０６ａ，１０６ｂを
介して硼素を１〜５×１０¹⁵原子／cm² 程度イオン注入
し、９００℃程度の温度でアニールを行ってベース電極
多結晶シリコン１０５ａ，１０５ｂ中の硼素原子濃度を
均一化する。次いで、多結晶シリコン酸化膜１０７のう
ちエミッタ形成領域部分１０７ａを選択的に除去し、内
壁を酸化して２００Å程度の内壁酸化膜１０９を形成す
る。この時、多結晶シリコン１０５ａ，１０５ｂからの
拡散によりＰ⁺型の不活性ベース１１０がエピタキシャ
ル層の第１の島領域１０３ａ内に形成される。この状態
を図４（ｃ）及び図６（ａ）に示す。

【０００８】次に、ＢＦ₂ を１〜５×１０¹³原子／cm²
程度イオン注入して第１の島領域１０３ａ内に図５
（ａ）および図６（ｂ）に示すように活性ベース１１１
を形成した後、同図に示すように全面に１０００Å程度
の酸化膜１１２と２０００Å程度の多結晶シリコン１１
３をＣＶＤで形成する。尚、図５（ａ）ではＣＶＤ酸化
膜１１２は省略されている。

【０００９】次に、反応性イオンエッチングを用いて多
結晶シリコン１１３をエッチングし、さらにＣＶＤ酸化
膜１１２と内壁酸化膜１０９のエッチングをドライエッ
チングで行うことにより、図５（ｂ）及び図６（ｃ）に
示すようにエミッタ形成用の開口を行う。この時、多結
晶シリコン１１３とＣＶＤ酸化膜１１２は図６（ｃ）に
示すように開口部（多結晶シリコン酸化膜１０７ａを除
去した部分の開口部）の側壁にのみサイドウォールとし
て残り、窒化膜１０６ａと窒化膜１０６ｂで画定される
開口部よりも狭いエミッタ形成用の開口部がセルフアラ
インで開口される。又、この時同時に、図５（ｂ）に示
すようにコレクタ電極多結晶シリコン１０５ｃが露出す
る。

【００１０】次に、図７（ａ）に示すように全面に３０
００Å程度の多結晶シリコン１１４を堆積し、表面に２
００Å程度の酸化膜１１５を形成した後、多結晶シリコ
ン１１４に砒素を１×１０¹⁶原子／cm² 程度イオン注入
する。

【００１１】次に、図７（ｂ）に示すように酸化膜１１
５、多結晶シリコン１１４、窒化膜１０６ａ，１０６ｂ
をエッチングし、多結晶シリコン１１４を前記エミッタ
形成用開口部およびその周辺部分にのみ残す。その後、
熱処理により多結晶シリコン１１４からの拡散で活性ベ
ース１１１中にエミッタ１１６を形成する。

【００１２】次に、多結晶シリコン１０５ａ，１０５
ｂ，１１４の表面の薄い酸化膜を除去後、白金を蒸着
し、熱処理を行って図７（ｃ）および図５（ｃ）に示す
ように多結晶シリコン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，
１１４表面に白金シリサイド１１７を形成する。この
時、抵抗上などシリサイド化しない部分には、上記薄い
酸化膜を残しておく。また、酸化膜上に未反応のまま残
った白金は王水によって除去する。その後、同図に示す
ように全面にＣＶＤ酸化膜１１８を堆積させる。最後
に、図５（ｃ）に示すようにコンタクトホールを開口
し、金属電極配線１１９の形成を行う。

【００１３】以上のような製造方法によれば、多結晶シ
リコンの選択酸化領域にエミッタを形成し、該酸化領域
に隣接する残存多結晶シリコンからの拡散により、高濃
度不活性ベースを形成するので、高濃度不活性ベースと
エミッタとの間隔を著しく縮小することができ、また最
小設計寸法よりも幅の狭いエミッタを形成することがで
きる。又、ベース領域全体の幅は、最小設計寸法の三倍
でよいためベース・コレクタ接合容量を低減する事がで
きる。又、エミッタ接合のほとんど全てが、低濃度の活
性ベースとの接合であり、エミッタ幅の縮小と相俟って
エミッタ・ベース接合容量も減少される。

【００１４】また、接合深さは0.３μｍ以下に形成する
ことができるので、エピタキシャル層を１μｍまたはそ
れ以下に薄膜化することができ、キャリアのコレクタ空
乏層走行時間が短縮する。又、上述の接合容量の減少に
よりコレクタ時定数、エミッタ時定数が短縮し、これら
により利得帯域幅積を向上させることができる。従っ
て、トランジスタのベース抵抗、寄生容量を低減し、利
得帯域幅積を向上させることができるので、著しい高速
化を達成することができるという特長を有している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べたような従来の製造方法では、図６（ｂ），（ｃ）に
示すように多結晶シリコン１１３，ＣＶＤ酸化膜１１２
および内壁酸化膜１０９をエッチングしてエミッタ形成
用開口部を形成する際、エッチングがドライエッチング
で行われるため、開口部底部に露出するシリコン表面
が、プラズマによって発生した高エネルギーのエッチン
グガスにより損傷を受けるという問題点があった。そし
て、この損傷領域にエミッタが形成されるのであるか
ら、上記損傷は、例えばエミッタ・ベース接合でのリー
ク電流の増加といったような素子性能の悪化につながる
という問題点がある。

【００１６】この発明は上記の点に鑑みなされたもの
で、エミッタ形成用開口部を縮小形成する際の露出半導
体基体面に対するダメージ（損傷）を防止し、なおかつ
エミッタ形成用開口部を極めて精度よく形成できる半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明では、開口部を
縮小する膜として多結晶半導体膜、その上に第１導電型
であるＰ型不純物ドープの酸化膜を形成し、酸化膜をエ
ッチングした後、多結晶半導体膜は異方性エッチングで
エッチングする。この異方性エッチングとしてはアルカ
リ異方性エッチングが好ましい。さらに、エッチング後
の酸化膜からの多結晶半導体膜に対する第１導電型不純
物のドーブを利用して、多結晶半導体膜のエッチング
時、横方向の拡がりを防止する。詳細には次のような製
造方法とする。まず、半導体基板上に第１の多結晶半導
体膜を形成し、その第１の多結晶半導体膜を耐酸化性膜
をマスクとして選択酸化し、その選択酸化された膜を除
去することにより第１の多結晶半導体膜の一部に開口部
を形成する。開口部に対応する半導体基板内にベース領
域形成用の不純物領域を形成する。開口部の内壁を含む
半導体基板全面に第２の多結晶半導体膜と第１導電型不
純物のドープの酸化膜を順次形成する。酸化膜をエッチ
ングして酸化膜を開口部の側壁にサイドウォールとして
残す。その後、熱処理を行ってサイドウォールからの拡
散で第１導電型不純物をドープする。その後、酸化膜の
サイドウォールと重なる部分以外の露出した第２の多結
晶半導体膜を異方性エッチングで除去する。ベース領域
形成用の不純物領域内にエミッタ領域形成用の不純物領
域を形成する。

【００１８】

【作用】上記製造方法では、半導体基体直上の膜を多結
晶半導体膜とし、これをアルカリ異方性エッチングでエ
ッチングするようにしたから、半導体基体にはダメージ
が加わらない。また、アルカリ異方性エッチングでは、
多結晶半導体膜のＰ型不純物ドープ部分のエッチングレ
ートが極端に低下するので、前記多結晶半導体膜のエッ
チング時、酸化膜のサイドウォール下（Ｐ型不純物ドー
プ部分）にはエッチングは拡がらず、高精度にエミッタ
形成用開口部が縮小形成される。

【００１９】

【実施例】以下この発明の一実施例を図１〜図３を参照
して説明する。まず、Ｐ^- 型シリコン基板（図示せず）
に図１（ａ）に示すようにＮ⁺ 型埋込拡散層２０１を選
択的に形成した後、前記基板上の全面にＮ^- 型エピタキ
シャル層を成長させ、その一部を分離酸化膜２０２に変
換することにより、前記埋込拡散層２０１上にエピタキ
シャル層の第１の島領域２０３と第２の島領域（図示せ
ず）を形成する。その後、以上の半導体基体上の全面に
約３０００Åの多結晶シリコン２０４を形成し、その表
面を２００Å程度酸化して酸化膜２０５を形成した後、
多結晶シリコン２０４上のゲート電極形成部分および図
示しないコレクタ電極形成部分に選択的に１０００〜２
０００Åの窒化膜２０６（コレクタ電極形成部分の窒化
膜は図示せず）を形成する。

【００２０】次に、窒化膜２０６をマスクとして多結晶
シリコン２０４を選択酸化することにより、図１（ｂ）
に示すようにベース電極多結晶シリコン２０７ａ，２０
７ｂとコレクタ電極多結晶シリコン（図示せず）を形成
する。２０８は多結晶シリコン２０４を酸化して得られ
た多結晶シリコン酸化膜であり、特に２０８ａはベース
電極多結晶シリコン２０７ａ，２０７ｂ間のエミッタ形
成領域部分の多結晶シリコン酸化膜である。

【００２１】次に、コレクタ電極多結晶シリコン（図示
せず）上の窒化膜（図示せず）を選択的に除去し、コレ
クタ電極多結晶シリコンに燐をイオン注入し、熱処理を
行ってコレクタ電極多結晶シリコンからエピタキシャル
層の第２の島領域（図示せず）に燐を拡散させることに
より、該第２の島領域をコレクタ抵抗低減用Ｎ⁺ 型領域
とする。

【００２２】その後、ベース電極多結晶シリコン２０７
ａ，２０７ｂに窒化膜２０６を介して硼素を１〜５×１
０¹⁵cm^-2程度イオン注入し、９００℃程度の温度でアニ
ールを行って、ベース電極多結晶シリコン２０７ａ，２
０７ｂ中の硼素濃度を均一化する。

【００２３】次いで、多結晶シリコン酸化膜２０８のう
ちエミッタ形成領域部分の多結晶シリコン酸化膜２０８
ａを図２（ａ）に示すように選択的に除去し、開口部２
０９を形成し、その内壁を酸化して２００Å程度の内壁
酸化膜２１０を形成する。この時、ベース電極多結晶シ
リコン２０７ａ，２０７ｂからの拡散により、エピタキ
シャル層の第１の島領域２０３内にＰ⁺ 型の不活性ベー
ス２１１が形成される。

【００２４】次に、開口部２０９を介して第１の島領域
２０３内に硼素を１〜５×１０¹³cm^-2程度イオン注入し
て、図２（ｂ）に示すように第１の島領域２０３内に活
性ベース２１２を形成した後、同図のように前記内壁酸
化膜２１０を除去する。その後、同図に示すように開口
部２０９の内壁を含む全面に１０００Å程度の多結晶シ
リコン膜２１３と２０００Å程度の酸化膜２１４をＣＶ
Ｄ法で順次形成する。この時、酸化膜２１４には、該酸
化膜の形成時に硼素を一定量混入させる。

【００２５】次に、酸化膜２１４を反応性イオンエッチ
ングを用いてエッチングすることにより、この酸化膜２
１４を図２（ｃ）に示すように開口部２０９の側壁部分
にのみサイドウォールとして残存させる。この後、高温
で熱処理を行うことにより、前記酸化膜２１４のサイド
ウォールを拡散源として、酸化膜２１４中に存在する硼
素を、酸化膜２１４のサイドウォールと接触している部
分の多結晶シリコン膜２１３中に拡散せしめる。この
時、硼素の多結晶シリコン膜２１３中の濃度が少なくと
も１０¹⁹（cm^-3）以上となるように前記熱処理の条件を
決定する。この条件を満たすためには、例えば前記酸化
膜２１４中の硼素の濃度を１×１０²¹（cm^-3）とし、熱
処理を９００℃で短時間（１０分以下）とすればよく、
これにより多結晶シリコン膜２１３中の硼素濃度は１０
¹⁹（cm^-3）以上にすることができる。

【００２６】次に、酸化膜２１４のサイドウォールと重
なる部分以外の露出多結晶シリコン膜２１３を、ＫＯＨ
等のアルカリエッチング液を用いた異方性エッチングで
図３（ａ）に示すように除去する。この時、アルカリエ
ッチング液に対する多結晶シリコン膜の硼素（Ｐ型不純
物）ドープ部分のエッチングレートが極端に低下するた
め、多結晶シリコン膜のエッチングは、酸化膜２１４の
サイドウォール下には拡がらない。そして、以上により
酸化膜２１４と多結晶シリコン膜２１３が開口部２０９
の側壁にのみ残り、それらで縮小されたエミッタ形成用
開口部が完成する。このエミッタ形成用開口部は、多結
晶シリコン２１３のエッチングが酸化膜２１４のサイド
ウォール下に拡がらなかったので、高精度で開口され
る。その後、酸素雰囲気中で熱処理を行って、エミッタ
形成用開口部底部のシリコン面や多結晶シリコン膜２１
３の端部に酸化膜２１５を形成した後、エミッタ形成用
開口部底部の薄い酸化膜２１５を全面除去すべく所謂ウ
オッシュアウトを施すことにより、酸化速度の違いによ
り多結晶シリコン膜２１３の端部に厚く形成された酸化
膜２１５のみを残す。この残存酸化膜２１５により、多
結晶シリコン膜２１３の端部が絶縁される。

【００２７】次に、エミッタ形成用開口部を含む全面に
図３（ｂ）に示す多結晶シリコン２１６を１０００Å程
度堆積させた後、その表面を２００Å程度酸化して酸化
膜２１７を形成し、その後、砒素を１０¹⁶cm^-2程度多結
晶シリコン２１６にイオン注入する。その後、酸化膜２
１７と多結晶シリコン２１６をパターニングして、図３
（ｂ）に示すように多結晶シリコン２１６をエミッタ形
成用開口部部分およびその周辺部分に残した後、熱処理
を行うことにより、多結晶シリコン２１６からの拡散で
活性ベース２１２中にエミッタ２１８を形成する。続い
て、図示しないが全面に２０００Å程度のＣＶＤ酸化膜
を形成後、コンタクトホールを開口し、金属電極を形成
することにより、バイポーラ半導体装置が完成する。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、エミッタ形成用開口部を縮小形成する際、半導
体基体直上の膜を多結晶半導体膜とし、これをアルカリ
異方性エッチングにてエッチングするようにしたため、
半導体基体にダメージを与えることを防止できる。さら
に、酸化膜サイドウォールからのＰ型不純物のドープを
利用して、多結晶半導体膜のエッチング時に横方向にエ
ッチングが拡がることを防止したので、エミッタ形成用
開口部を高精度に縮小形成することができる。そして、
これらにより素子の性能を著しく向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の一部を示す工程断面図で
ある。

【図２】この発明の一実施例の一部を示す工程断面図で
ある。

【図３】この発明の一実施例の一部を示す工程断面図で
ある。

【図４】従来の製造方法の一部を示す工程断面図であ
る。

【図５】従来の製造方法の一部を示す工程断面図であ
る。

【図６】従来の製造方法の部分拡大図である。

【図７】従来の製造方法の部分拡大図である。

【符号の説明】

２０４ 多結晶シリコン ２０６ 窒化膜 ２０８ａ 多結晶シリコン酸化膜 ２０９ 開口部 ２１３ 多結晶シリコン膜 ２１４ 硼素ドープ酸化膜

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に第１の多結晶半導体膜を
   形成し、その第１の多結晶半導体膜を耐酸化性膜をマス
   クとして選択酸化し、その選択酸化された膜を除去する
   ことにより前記第１の多結晶半導体膜の一部に開口部を
   形成する工程と、前記開口部に対応する前記半導体基板内にベース領域形
   成用の不純物領域を形成する工程と、 前記開口部の内壁を含む前記半導体基板全面に第２の多
   結晶半導体膜と第１導電型不純物を含む酸化膜を順次形
   成する工程と、 前記酸化膜をエッチングして該酸化膜を前記開口部の側
   壁にサイドウォールとして残す工程と、 その後、熱処理を行って前記サイドウォールと接する部
   分の前記第２の多結晶半導体膜に前記酸化膜のサイドウ
   ォールからの拡散により第１導電型不純物をドープする
   工程と、 その後、前記酸化膜のサイドウォールと重なる部分以外
   の露出した前記第２の多結晶半導体膜を異方性エッチン
   グで除去する工程と、前記ベース領域形成用の不純物領域内にエミッタ領域形
   成用の不純物領域を形成する工程とを具備してなるバイ
   ポーラトランジスタの製造方法。