JP3229026B2 - 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
スタの製造方法に関するもので特に浅い不純物拡散層を
必要とするバイポーラトランジスタの製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】高速動作する半導体装置が必要とされる
分野では、ＥＣＬ（emitter coupledlogic ）と称され
るもの及び又はＣＭＬ（current mode logic）と称され
るもの即ち非飽和形論理回路構成の半導体装置が用いら
れる。この種の半導体装置において論理振幅を一定とし
た場合、これの動作速度は、装置を構成する個別素子
（トランジスタなど）や配線の寄生容量及びトランジス
タのベース抵抗、電流利得帯域幅によって決定される。
これら要因のうちの寄生容量を低減するには、動作速度
への影響が大きいトランジスタのベースコレクタ間接合
容量を低減するのが特に有効である。このため、この種
の装置では、ベース電極をドープドポリシリコンで構成
しこれをベースの真性ベース近傍上まで設けて真性ベー
ス面積を縮小する構造が一般に採用されている（例え
ば、後述の図１３（Ｃ）の、真性ベース３３近傍までド
ープドポリシリコンで構成したベース電極２１ｘ，２１
ｙを設けた構造。詳細は後述する。）。

【０００３】このような構造の半導体集積回路装置の従
来の製造方法として、例えば、この出願の出願人に係る
特開昭６３−２６１７４６号公報に開示の方法があっ
た。以下、図１０〜図１３を参照してこの方法について
説明する。ここで、図１０（Ａ）〜（Ｃ）及び図１１
（Ａ）〜（Ｃ）はこの従来方法の主な工程での試料の様
子を概略的な断面図によって示した工程図、図１２
（Ａ）〜（Ｃ）及び図１３（Ａ）〜（Ｃ）はこの製造方
法中のいくつかの工程での試料の１つのトランジスタ部
分を拡大して示した断面図である。

【０００４】この従来方法では、先ず図１０（Ａ）に示
したように、Ｐ^- 型シリコン基板１１にＮ⁺ 型埋込拡散
層１３が形成され、さらにこれらＰ^- 型シリコン基板１
１上及びＮ⁺ 型埋込拡散層１３上にＮ^- 型エピタキシャ
ル層（ただし図示では素子間分離用絶縁膜１５が形成さ
れた状態で示してある。）が形成され、さらにこのＮ^-
型エピタキシャル層の所定部分に素子間分離用絶縁膜１
５が形成されて半導体基体１７が構成される。なお、こ
の図において、１９ａ，１９ｂは、Ｎ^- 型エピタキシャ
ル層の素子間分離用絶縁膜形成後に残存した島状の単結
晶領域である。このうちの単結晶領域１９ａはベース・
エミッタ形成領域になり、単結晶領域１９ｂはコレクタ
形成領域の一部になる。次に、同図に示したように、半
導体基体１７上にポリシリコン層２１が形成され、さら
に、このポリシリコン層２１上に、図示しないパッド酸
化膜を介し、この層２１の、前記単結晶領域１９ａの所
定部分に対応する部分を少なくとも露出する開口部２３
ａを有する耐酸化性かつ絶縁性の膜としてのシリコン窒
化膜２３が、形成される。

【０００５】次に、このシリコン窒化膜２３をマスクと
しポリシリコン層２１が選択的に酸化される。これによ
り、ポリシリコン層２１の、シリコン窒化膜２３下の部
分はそれぞれポリシリコン層２１ａ，２１ｂ，２１ｃと
して残存し、残りの部分がポリシリコン酸化膜２５ａ〜
２５ｄになる（図１０（Ｂ））。

【０００６】次に、図１０（Ｃ）に示すように、コレク
タ電極とされるポリシリコン層２１ｃ上のシリコン窒化
膜２３が選択的に除去されさらにこのポリシリコン層２
１ｃにリン（Ｐ）がイオン注入された後この試料が熱処
理される。この熱処理において、ポリシリコン層２１ｃ
中のリンが単結晶領域１９ｂに拡散するので、単結晶領
域１９ｂはコレクタ抵抗低減用Ｎ⁺ 型領域１３ａにな
る。次に、ポリシリコン層２１ａ，２１ｂにシリコン窒
化膜２３を介してホウ素（Ｂ）が１〜５×１０¹⁵原子／
ｃｍ² 程度注入される。これによりポリシリコン層２１
ａ，２１ｂがベース電極（ドープドポリシリコン）２１
ｘ，２１ｙになる。さらにこの試料が９００℃程度の温
度でアニールされベース電極２１ｘ，２１ｙ中のホウ素
濃度が均一化される。次に、単結晶領域１９ａ上のポリ
シリコン酸化膜２５ｂ（図１０（Ｂ）参照）が選択的に
除去され、その除去跡の内壁が酸化されて膜厚２０ｎｍ
程度の内壁酸化膜２７が形成される。この酸化処理にお
いて、ベース電極２１ｘ，２１ｙから単結晶領域１９ａ
にホウ素が拡散するのでこの領域１９ｂの一部にＰ⁺型
の不活性ベース２９が形成される。図１２（Ａ）は、図
１０（Ｃ）のＱ部分を拡大して示した断面図である。た
だし、図１２（Ａ）において３１は図１０において図示
を省略したパッド酸化膜である。なお、以下の説明で用
いる図１２（Ｂ）〜図１３（Ｃ）も、工程進度に応じ、
図１０（Ｃ）のＱ部分相当部分の拡大図で示してある。

【０００７】次に、この試料にＢＦ₂ が１〜５×１０¹³
原子／ｃｍ² 程度注入されて単結晶領域１９ａに真性ベ
ース３３が形成される。次に、この試料上に膜厚が１０
０ｎｍ程度のシリコン酸化膜３５、膜厚が２００ｎｍ程
度のポリシリコン層３７が順にＣＶＤ法により形成され
る（図１１（Ａ）、図１２（Ｂ））。ただし、図１１
（Ａ）ではシリコン酸化膜３５の図示を省略してある
（以下の図１１（Ｂ）及び（Ｃ）において同じ。）。

【０００８】次に、反応性イオンエッチングにより、ポ
リシリコン層３７、シリコン酸化膜３５及び内壁酸化膜
２７の所定部分が除去されてエミッタ形成用開口部３９
（図１２（Ｃ）参照。）が形成される。この際シリコン
酸化膜３５及びポリシリコン層３７それぞれの一部は開
口部３９の側壁にサイドウオール３５ａ，３７ａとして
残存するので、このエミッタ形成用開口部３９は、シリ
コン窒化膜２３によって規定される開口部よりも狭いも
のとなり然もセルフアライン的に形成される。また、こ
の際、コレクタ電極用ポリシリコン２１ｃ表面が露出さ
れる（図１１（Ｂ））。

【０００９】次に、図１３（Ａ）に示したように、この
試料上に膜厚３００ｎｍ程度のポリシリコン層３９ａが
形成され、さらにこのポリシリコン層３９ａ表面に膜厚
２０ｎｍ程度のシリコン酸化膜４１が形成された後、こ
のポリシリコン層３９ａに砒素が１×１０¹⁶原子／ｃｍ
² 程度注入される。

【００１０】次に、図１３（Ｂ）に示したように、シリ
コン酸化膜４１、ポリシリコン層３９ａ及びシリコン窒
化膜２３がエミッタ電極形状になるように好適なエッチ
ング手段によってパターニングされる。その後、この試
料が熱処理される。この熱処理においてポリシリコン層
３９ａ中の砒素が真性ベース３３に拡散するので真性ベ
ース３３の所定部分にエミッタ４３が形成される。

【００１１】次に、図１３（Ｃ）に示したように、ベー
ス電極２１ｘ，２１ｙ上に残存している薄い酸化膜（パ
ッド酸化膜）３１が除去された後、この試料上に白金の
薄膜（図示せず）が蒸着法により形成され、その後この
試料が熱処理される。この熱処理において白金薄膜のポ
リシリコン層上に形成された部分はポリシリコンと反応
し白金シリサイド４５になる。なお、ポリシリコンを用
いた部分で白金シリサイド化されたくない部分（例えば
ポリシリコン抵抗など）には薄い酸化膜を残存させてお
く。このシリサイド化処理後の不要な白金薄膜が王水に
よって除去される。次に、試料上全面にＣＶＤ酸化膜４
７が形成される。

【００１２】次に、図１１（Ｃ）に示したように、この
ＣＶＤ酸化膜４７の所定部分（エミッタ、ベース、コレ
クタへの配線接続部）にコンタクトホールが開口され、
このコンタクトホールを利用し金属配線４９が形成され
る。

【００１３】この方法によれば、極度の微細化ができベ
ース抵抗及び寄生容量の低減が測れるので、高速動作す
るバイポーラトランジスタが得られた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体装置の製造方法では、トランジスタの高
周波特性をさらに向上させる場合以下の点で困難が伴
う。

【００１５】第一の点は、活性ベースの形成をイオン注
入法によって行なっていたためチャネリングが生じるの
で、ベース・コレクタ接合深さを効果的に浅くするにも
限界があるということである。したがって、高速動作の
バイポーラトランジスタの最大遮断周波数を向上させる
に最も有効なベース幅の短縮が困難になるので、装置の
動作の高速化を図るにもおのずと限界が生じてしまう。

【００１６】第二の点は、エミッタの形成をドープドポ
リシリコンエミッタ電極からベースへ不純物を拡散させ
ることで行なっていたため、エミッタ・ベース接合のエ
ミッタ側の不純物プロファイルを急峻にするに限界があ
るということである。高速化をねらうトランジスタでは
ベース幅が薄くされるが、反面パンチスルーを低減する
ためにベース不純物濃度は高くされる。しかし、ベース
不純物濃度が高くされると必要な電流増幅率を得ること
が困難になる傾向がある。これを補うには、エミッタ・
ベース接合のエミッタ側の不純物濃度プロファイルをで
きるかぎり急峻にして、エミッタからベースへのキャリ
アの注入効率を増大させて、トランジスタの電流増幅率
を増加させることが重要になるから、上記第二の点を改
善することは重要になる。

【００１７】第三の点は、エミッタ電極形成時にホトリ
ソグラフィ技術及びエッチング技術による加工（図１３
（Ｂ）を用い説明した工程）を実施する必要があるた
め、マスク合わせ余裕が必要となりその分素子サイズ縮
小が図れないということである。これは、寄生容量及び
寄生抵抗を低減する上で不利であり装置の動作の高速化
の支障になる。

【００１８】上述の第一及び第二の点を解決できる可能
性を有する方法の一つとして、例えば、文献Ｉ（アプラ
イドフィジックス レターズ（Appl.Phys.Lett.Vol.58,
No.16(1991.4.22),pp.1746−1750）、または、文献II
（１９９２春応用物理学会予稿集，p.712,講演番号30a-
SZK-10）に開示の、ドーピングガスを含んだガス雰囲気
中（各文献ではドーピングガスを含んだ水素ガス雰囲気
中）でこの雰囲気ガス中の不純物を試料に拡散させる方
法（以下、「気相ドーピング法」と略称する。）が考え
られる。この気相ドーピング法によれば、数１０ｎｍ程
度の浅い接合が得られるからである。しかし、図１０〜
図１３を参照して説明した従来方法にこの気相ドーピン
グ法を適用し例えばベースを形成する場合を考えると、
図１２（Ａ）に示した状態から酸化膜２７を除去して単
結晶領域１９ａ表面を露出させこの露出面から気相ドー
ピングを起こさせる必要があるが、単結晶領域１９ａ表
面を露出させようとするとベース電極２１ｘ，２１ｙ
（ドープドポリシリコン層）の側壁上の酸化膜も共に除
去されドープドポリシリコンが露出されてしまう。この
ようにベース電極２１ｘ，２１ｙ（ドープドポリシリコ
ン）側壁が露出された状態で気相ドーピング工程を実施
すると、この工程中においてベース電極２１ｘ，２１ｙ
から不純物が蒸発しこれが単結晶領域１９ａに再導入さ
れるのでベース領域への不純物のドーピング制御性が悪
化してしまう。このように、単に気相ドーピング法を適
用したのでは、制御性良く浅い接合を形成し超高速な半
導体装置を形成するという本来の目的が達成できないと
いう問題が生じる。

【００１９】この発明は、このような点に鑑みなされた
ものであり、従ってこの発明の目的は、不純物拡散層形
成予定領域近傍にｎ又はｐ型不純物を含有する層が存在
するバイポーラトランジスタの当該不純物拡散層を形成
する際に、不純物を含有する層から不純物拡散層形成予
定領域への不純物再導入を効果的に防止できよって高速
動作するバイポーラトランジスタを提供できるバイポー
ラトランジスタの製造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、半導体基体における不純物拡散
層であるベース、エミッタ、及び、コレクタの真性ベー
ス直下の部分のうちの少なくとも１つを形成する不純物
拡散層形成予定領域近傍上に、ｎ型又はｐ型の不純物を
含有するドープドポリシリコンにより構成されたベース
電極を具えるバイポーラトランジスタの製造方法であっ
て、一主面に島状に分割された第１導電型の単結晶領域
を有する半導体基体上にポリシリコン層を形成する工程
と、ポリシリコン層上に、このポリシリコン層の前記単
結晶領域の所定部分に対応する部分を露出する開口部を
有する耐酸化性かつ絶縁性の膜を形成する工程と、ポリ
シリコン層の所定部分に不純物を選択的に導入してベー
ス電極形成用の層を得る工程と、開口部により露出され
る前記ポリシリコン層部分を除去して前記単結晶領域の
所定部分を自己整合的に露出させる工程と、単結晶領域
の所定部分を自己整合的に露出させたことにより生じる
ポリシリコン層の側壁を、自己整合的に絶縁膜により覆
うことにより側壁絶縁膜を形成する工程と、側壁絶縁膜
形成済みの半導体基体を第１導電型のドーピングガスを
含むガス雰囲気中にて処理を行い、所定部分に表面の不
純物濃度が増大されたコレクタ部分を形成する工程と、
コレクタ部分形成済みの半導体基体を、第２導電型のド
ーピングガスを含むガス雰囲気中にて処理を行い、該コ
レクタ部分と接するベースを形成する工程とを含むこと
を特徴とする。ここで、半導体基体とは、半導体装置の
設計に応じた種々のものを意味し、例えば、半導体基板
そのもの、半導体基板上にエピタキシャル層を具えたも
の、これらのものに他の素子などが作り込まれた中間体
などであることができる。

【００２１】また、この発明のバイポーラトランジスタ
の製造方法において、好ましくは、ベース形成済みの試
料における側壁絶縁膜を除去する工程と、前記側壁絶縁
膜除去済みの試料上に、絶縁膜若しくは当該試料を熱酸
化することにより形成される酸化膜と、第２のポリシリ
コン層とを順次形成する工程と、この試料上に形成され
た前記第２のポリシリコン層と、前記絶縁膜若しくは前
記酸化膜とを異方性エッチングにより順次除去し、ベー
スの形成領域を側壁絶縁膜の除去前における露出面積よ
りも縮小された面積で自己整合的に露出させる工程と、
露出するベース部分形成済みの試料を、エミッタの形成
用ドーピングガスを含むガス雰囲気中で処理を行い前記
エミッタを形成する工程とを更に含むのが好適である。

【００２２】

【作用】この発明の構成によれば、気相ドーピングの際
に、ｎ又はｐ型不純物を含有する層の、少なくとも不純
物拡散層形成予定領域近傍部分から、該層中の不純物が
気相ドーピングガス雰囲気に蒸発することが防止される
ので、ｎ又はｐ型不純物を含有する層中の不純物が不純
物拡散層形成予定領域に再導入されることがない。した
がって、浅い接合が形成できかつ急峻な不純物プロファ
イルが得られるという気相ドーピング法本来の特性を利
用できる。すなわち、この発明におけるドープドポリシ
リコンでベース電極を構成しているバイポーラトランジ
スタの製造において、ベース電極から不純物がベース等
の形成予定領域に再導入される心配をすることなく、ベ
ース、エミッタ、及び、コレクタの真性ベース直下の部
分を気相ドーピングにより形成できることを意味する。

【００２３】また、ｎ又はｐ型不純物を含有するドープ
ドポリシリコンから成るベース電極の所定部分を絶縁膜
で覆うことを自己整合的に行なうので、素子サイズが増
大したり工程が煩雑になることもない。

【００２４】また、単結晶領域の所定部分即ちベースや
エミッタ等の形成予定領域を自己整合的に露出させた後
にベース電極の側壁を絶縁膜により覆うことを、試料上
に絶縁膜を形成してそれを異方性エッチングによって選
択的に除去する（選択的に側壁に残存させる）方法で行
なう場合は、単結晶領域の気相ドーピングのために露出
させる面積を絶縁膜の膜厚によって容易に調整できる。
また、同ベース電極側壁を熱酸化膜により覆う方法では
工程の簡略化が図れる。

【００２５】コレクタの真性ベース直下の部分（以下、
この部分を「真性コレクタ部分」と称することもあ
る。）の表面不純物濃度を増大させることを、気相ドー
ピング法で行なうに当たり、真性コレクタ部分へのベー
ス電極中の不純物の再導入の心配はないので、所望の不
純物濃度領域が形成できる。したがって、表面不純物濃
度を増大させたコレクタ部分を有する利点、即ち、後述
の実施例で詳細に説明するが、最終的なベース幅を薄く
できるという利点、残りのコレクタ部分の不純物濃度は
増加しないのでこの部分の空乏層厚は厚くなるからベー
スコレクタ間耐圧が確保されかつベース・コレクタ間容
量の増加を抑制できるという利点、カーク効果（コレク
タ電流の増加に従いベースコレクタ間に存在する高電界
領域がコレクタ側にずれること。）を抑止できるとうい
う利点などが確実に得られる。

【００２６】また、エミッタを形成する際に、エミッタ
形成予定領域の露出面積を、絶縁膜や第２のポリシリコ
ン層の膜厚を調整することにより、自己整合的にかつ所
望の大きさに縮小できるので（図５（Ｃ）参照）、エミ
ッタ・ベース接合容量の低減が図れる。

【００２７】また、エミッタを形成するにあたり、エミ
ッタ電極を形成する際の下地がエミッタ領域（単結晶領
域）と第２のポリシリコン層で主に構成されているの
で、ポリシリコンでエミッタ電極を構成する場合のこの
ポリシリコンの結晶成長速度を速めることができる。し
かも、エミッタ電極用ポリシリコンを選択的に成長でき
るから、エミッタ電極を自己整合的に形成でき、かつ、
表面平坦性に優れるエミッタ電極が得られる。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明のバイポーラ
トランジスタの製造方法の実施例及び参考例について説
明する。しかしながら、説明に用いる各図はこの発明の
実施例及び参考例を理解できる程度に各構成成分の寸
法、形状及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎな
い。

【００２９】参考例 図１〜図３は参考例であるバイポーラトランジスタの製
造方法の主な工程での試料の様子を概略的な断面図によ
って示した工程図である。また、図４〜図６は、図１〜
図３中のいくつかの工程での１つのトランジスタ部分
（図２（Ａ）中にＱで示した部分に相当する部分）を拡
大して示した断面図である。なお、図１〜図３では図面
が複雑になることを回避するため、一部の構成成分（例
えば、パッド酸化膜など）の図示を省略している。

【００３０】先ず、図１（Ａ）に示したように、Ｐ^- 型
シリコン基板５１にＮ⁺ 型埋込拡散層５３を形成し、さ
らにこれらＰ^- 型シリコン基板５１上及びＮ⁺ 型埋込み
拡散層５３上にＮ^- 型エピタキシャル層（ただし図示で
は素子間分離領域５５が形成された状態で示してあ
る。）を形成し、さらにこのＮ^- 型エピタキシャル層の
所定部分に素子間分離領域５５を形成して半導体基体５
７を得る。この図１（Ａ）において、５９ａ，５９ｂで
示したものが、Ｎ^- 型エピタキシャル層の素子間分離領
域形成後に残存した島状の単結晶領域である。このうち
の単結晶領域５９ａがベース・エミッタ形成領域にな
り、単結晶領域５９ｂがコレクタ形成領域の一部にな
る。次に、同図に示したように、半導体基体５７上に膜
厚が約３００ｎｍのポリシリコン層６１を形成し、さら
に、このポリシリコン層６１表面に膜厚が２０ｎｍ程度
のパッド酸化膜（図示せず）を形成した後、この層６１
上に（詳細にはパッド酸化膜を介して）、この層６１
の、前記単結晶領域５９ａの所定部分に対応する部分を
少なくとも露出する開口部６３ａを有するシリコン窒化
膜６３を、形成する。

【００３１】次に、このシリコン窒化膜６３をマスクと
しポリシリコン層６１を選択的に酸化する。これによ
り、ポリシリコン層６１の、シリコン窒化膜６３下の部
分はそれぞれポリシリコン層６１ａ，６１ｂ，６１ｃと
して残存し、残りの部分はポリシリコン酸化膜６５ａ〜
６５ｄになる（図１（Ｂ））。

【００３２】次に、図２（Ａ）に示すように、コレクタ
電極とされるポリシリコン層６１ｃ上のシリコン窒化膜
を選択的に除去しさらにこのポリシリコン層６１ｃにリ
ン（Ｐ）をイオン注入した後この試料を熱処理する。こ
の熱処理において、ポリシリコン層６１ｃ中のリンが単
結晶領域５９ｂに拡散するので、単結晶領域５９ｂはコ
レクタ抵抗低減用Ｎ⁺ 型領域５３ａになる。次に、ポリ
シリコン層６１ａ，６１ｂにシリコン窒化膜６３を介し
てホウ素（Ｂ）を例えば１〜５×１０¹⁵原子／ｃｍ² 程
度イオン注入法により注入する。これによりポリシリコ
ン層６１ａ，６１ｂがベース電極（ドープドポリシリコ
ン）６１ｘ，６１ｙになる。さらにこの試料を９００℃
程度の温度でアニールしてベース電極６１ｘ，６１ｙ中
のホウ素濃度を均一化させる。次に、この試料に対し好
適な熱処理を行ないベース電極６１ｘ，６１ｙから単結
晶領域５９ａにホウ素を拡散させてこの領域５９ｂの一
部にＰ⁺ 型の不活性ベース６７を形成する。次に、単結
晶領域５９ａ上のポリシリコン酸化膜６５ｂ（図１
（Ｂ）参照）を選択的に除去する。これにより、単結晶
領域５９ａの所定部分６９が自己整合的に露出される。
図４（Ａ）は、ここまでの工程で得られた試料の要部
（図２（Ａ）のＱ部分）を拡大して示した断面図であ
る。ただし、図４（Ａ）において７１は図１において図
示を省略したパッド酸化膜である。なお、以下の説明で
用いる図４（Ｂ）〜図５（Ｃ）も図２（Ａ）におけるＱ
部分相当部分の拡大図で示してある。

【００３３】次に、図２（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示した
ように、この試料上全面にＣＶＤ法によりシリコン酸化
膜７３を２００ｎｍ程度の膜厚に形成する。次に、図２
（Ｃ）及び図４（Ｃ）に示したように、このシリコン酸
化膜７３を異方性のエッチング技術例えば反応性のドラ
イエッチング法によりエッチングする。この際、エッチ
ングはシリコン酸化膜７３の厚み方向に選択的に進むの
で、シリコン窒化膜６３の一部から成るひさし部分下に
シリコン酸化膜７３が残存する。したがってベース電極
６１ｘ，６１ｙの側壁を縁膜膜（以下、「側壁絶縁膜」
ともいう。）７３ａによって覆うことができる。なお、
このエッチングにより単結晶領域５９ａの一部が露出さ
れるがその開口幅（図４（Ｃ）にＷで示す幅。）は、シ
リコン酸化膜７３の膜厚を調整することにより制御でき
るから、この側壁絶縁膜形成法は不純物拡散層形成領域
の面積制御が容易に行なえるという利点を有する。次
に、該側壁絶縁膜７３ａ形成済みの試料を気相ドーピン
グ法により処理し単結晶領域５９ａの露出部分に所望の
不純物拡散層を形成するため、この参考例では試料をｐ
型のドーピングガスを含むガス雰囲気中にて処理して前
記露出部分に真性ベース７５を形成する（図２（Ｃ）、
図５（Ａ））。具体的には、この試料を、酸素フリーの
Ｂ₂ Ｈ₆ を数〜数１０ｐｐｍ程度含んだ水素雰囲気中に
入れ、かつ、約８００〜９００℃の温度で数分〜数１０
分処理する。この処理において、ホウ素が単結晶領域５
９ａの露出部分に拡散するので、この部分に真性ベース
７５が形成できる。なお、ドープドポリシリコンから成
るベース電極６１ｘ，６１ｙはその表面がシリコン窒化
膜６３により覆われまたその側壁が側壁絶縁膜７３ａに
より覆われているので、このベース電極６１ｘ，６１ｙ
中の不純物（この場合ｐ型不純物）はこの気相ドーピン
グ法のガス雰囲気中に蒸発できないから、ベース電極６
１ｘ，６１ｙ中の不純物が単結晶領域５９ａに導入され
ることはない。したがって、気相ドーピング法の利点が
得られるので、この真性ベース７５は、表面ピーク濃度
が１×１０¹⁸／ｃｍ³ 〜１×１０¹⁹／ｃｍ³ で接合深さ
が１００ｎｍ程度の極めて急峻な濃度プロファイルを有
するものとなる。

【００３４】次に、側壁絶縁膜７３ａをＨＦ（フッ酸）
水溶液により除去し、その後、この試料に酸化処理をし
シリコン露出部分（単結晶領域５９ａ部分など）表面に
膜厚１０ｎｍ程度の酸化膜（図示せず）を形成する。

【００３５】次に、図３（Ａ）及び図５（Ｂ）に示した
ように、この試料上に膜厚が１００ｎｍ程度のシリコン
酸化膜７７と膜厚が２００ｎｍ程度の第２のポリシリコ
ン層７９とをこの順にＣＶＤ法によりそれぞれ形成す
る。

【００３６】次に、図３（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示した
ように、反応性イオンエッチングにより、ポリシリコン
層７９、シリコン酸化膜７７及び図示しないシリコン酸
化膜（上述の膜厚１０ｎｍ程度のもの）の所定部分を選
択的に除去する。これにより、エミッタ形成用開口部８
１が自己整合的に形成され、また、ベース電極６１ｘ，
６１ｙの各側壁は今度はシリコン酸化膜７７ａ及びポリ
シリコン層７９ａの側壁によって覆われる。なお、エミ
ッタ形成用開口部８１の幅（図５（Ｃ）中Ｗ₁）は、シ
リコン酸化膜７７及びポリシリコン層７９の双方又は一
方の膜厚を制御することにより制御できる。このため、
真性ベース領域の露出面積をこの真性ベース７５の面積
より狭い面積にすることを容易に行なえるので、ベース
エミッタ接合容量の低減を容易に行なえる。次に、この
試料の自然酸化膜除去のためこの試料を水素雰囲気中で
事前にベーキングを行なう。これは、例えば、反応炉の
真空度を２０Ｔｏｒｒ以下の減圧状態とし９５０℃の温
度で３分間処理することにより行なえる。次に、反応炉
の雰囲気を、ＰＨ₃ 若しくはＡｓＨ₃ を数１０ｐｐｍ程
度含んだ酸素フリーの水素雰囲気とし、そして、反応炉
中の試料を９００℃以下の所定の温度で所定時間熱処理
する。この処理において、リン又は砒素が単結晶領域５
９ａの露出部分に拡散するので、この部分にエミッタ
（真性エミッタ）８３が形成できる。この処理により１
×１０²⁰〜１×１０²¹／ｃｍ² 程度のピーク濃度をもっ
た極めて急峻なエミッタベース接合が形成できる。

【００３７】次に、図３（Ｃ）及び図６（Ａ）に示した
ように、８００℃以下の所定の成長温度でエミッタ電極
用のポリシリコン膜８５をエミッタ８３上に選択成長さ
せる。この選択成長は、例えば、ソースガスとしてＳｉ
Ｈ₂ Ｃｌ₂ を用い、キャリアガスとして水素ガスを用
い、当該ポリシリコンの抵抗を下げるためにＰＨ₃ 若し
くはＡｓＨ₃ ガスを反応炉内に導入し、かつ、選択性を
得るためにＨＣｌガスをＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ の１．５倍程度
反応炉内に導入することで行なえる。なお、このポリシ
リコン成長時の成長温度を８００℃以下としたのは、こ
のような成長温度にすることにより、真性ベースやエミ
ッタの不純物プロファイルが維持できるからである。ま
た、この実施例では、ポリシリコン膜８５の選択成長の
際にベース電極の側壁表面がポリシリコン層７９ａとな
っているので、側壁が絶縁膜のみの場合より、このポリ
シリコン膜の成長が速く行える。

【００３８】次に、図６（Ｂ）に示したように、ポリシ
リコン膜８５の表面に１０ｎｍ程度の膜厚のシリコン酸
化膜８７（図３（Ｃ）では図示を省略）が形成されるよ
うに、この試料を酸化処理する。次に、シリコン窒化膜
６３を除去する。その後、この試料上にＣＶＤ法により
膜厚が２００ｎｍ程度のシリコン酸化膜８９を形成す
る。

【００３９】その後、図３（Ｃ）に示したように、エミ
ッタ電極８５の一部を露出するためシリコン酸化膜８９
の一部を除去し、また、ベース電極６１ｘ，６１ｙ，コ
レクタ用ポリシリコン６１ｃ上の薄い酸化膜をそれぞれ
除去する。次に、この試料上に白金の薄膜（図示せず）
を蒸着法により形成し、その後この試料を熱処理し所定
部分に白金シリサイド９１を形成する。さらに、公知の
方法によりこの白金シリサイド９１に接続される金属配
線９３を形成する。これにより、所望のバイポーラトラ
ンジスタが得られる。

【００４０】この参考例によれば、ベース、エミッタそ
れぞれを、気相ドーピング法により形成できるので真性
ベース幅が従来より狭いバイポーラトランジスタが得ら
れる。また、ベース、エミッタ、エミッタ電極それぞれ
を自己整合的に作製するので素子サイズの低減がし易い
から寄生容量の低減が図れる。このため、従来より高速
動作が可能なバイポーラトランジスタが得られる。

【００４１】実施例 上述の参考例ではベースとエミッタとを本発明の方法に
より形成する例であった。しかし、この発明におけるバ
イポーラトランジスタの製造方法では、真性コレクタ部
分を形成するものである。 そこで、図７〜９はその説
明に供する要部工程図である。

【００４２】先ず、参考例での図１（Ａ）及び（Ｂ）と
図２（Ａ）を参照して説明した手順により、半導体基体
の形成、ベース電極６１ｘ，６１ｙの形成、ポリシリコ
ン酸化膜を除去して単結晶領域５９ａの露出、Ｐ⁺ 型不
活性ベース６７の形成までを行う（図７（Ａ））。

【００４３】次に、図７（Ｂ）に示したように、この試
料上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１２１を形成す
る。このシリコン酸化膜１２１の膜厚は、参考例で形成
したシリコン酸化膜７３（図２（Ｂ）参照）よりも厚い
膜厚この場合４００ｎｍとしている。

【００４４】次に、このシリコン酸化膜１２１を異方性
のドライエッチング技術により選択的に除去し開口部１
２３を形成する（図７（Ｃ）参照）。この開口部１２３
の幅Ｗ₂ は、シリコン酸化膜１２１の膜厚を４００ｎｍ
と厚くした分、参考例の場合より狭くなる。

【００４５】次に、この試料をｎ型ドーピングガスを含
む水素雰囲気中での気相ドーピング法により処理して、
真性コレクタ部分５９ｘの表面不純物濃度を増大させ
る。具体的には、ＰＨ₃ 又はＡｓＨ₃ ガスを数ｐｐｍ含
む水素ガス中に試料をおき、参考例での気相ドーピング
時と同様な温度で所定時間処理する。この場合も、ベー
ス電極６１ｘ，６１ｙはその表面がシリコン窒化膜６３
によりまた、その側壁がシリコン酸化膜１２１によりそ
れぞれ覆われているので、ベース電極６１ｘ，６１ｙ中
の不純物が真性コレクタ部分５９ｘに悪影響することは
ない。これにより、真性コレクタ部分５９ｘとして、ピ
ーク濃度が１０¹⁷／ｃｍ³ 程度のＮ型領域が得られる。

【００４６】次に、シリコン酸化膜１２１をＨＦ水溶液
により除去した後、この試料上全面にシリコン酸化膜１
２１より薄い膜厚、この場合、参考例と同様に膜厚が２
００ｎｍ程度のシリコン酸化膜７３を形成する（図８
（Ａ））。

【００４７】次に、このシリコン酸化膜７３を参考例と
同様に異方性エッチングにより選択的に除去しベース形
成予定領域を露出させると共にベース電極６１ｘ，６１
ｙの側壁に側壁絶縁膜７３ａを得る（図８（Ｂ））。な
お、ベース形成予定領域の露出幅（図８（Ｂ）中Ｗで示
す寸法。）は、参考例同様にシリコン酸化膜７３の膜厚
により制御できる。したがって、この幅を変えることで
真性ベースのサイド部分の長さが変わるので真性ベース
のサイド部分の抵抗値をコントロールすることもでき
る。

【００４８】次に、参考例において説明した手順により
気相ドーピング法によりベース７５を形成する。この
際、真性コレクタ部分５９ｘが存在している部分はベー
ス７５の縁部分よりも浅い接合が形成される(図８
（Ｃ））。

【００４９】次に、側壁絶縁膜７３ａをＨＦ水溶液によ
り除去し、その後、この試料上に参考例において図５
（Ｂ）及び（Ｃ）を用いて説明した手順に従いシリコン
酸化膜７７及び第２のポリシリコン層７９をそれぞれ形
成する（図９（Ａ））。

【００５０】次に、参考例において図６（Ａ）及び
（Ｂ）を用いて説明した手順に従い、エミッタ電極８５
の形成、その表面への酸化膜８７の形成、シリコン窒化
膜６３の一部除去、シリコン酸化膜８９の形成をそれぞ
れ行う（図９（Ｂ））。

【００５１】その後、図３（Ｃ）を用いて説明した手順
に従い金属配線９３などを形成すれば良い。

【００５２】上述においては、この発明を、ドープドポ
リシリコンで構成されたベース電極がベース形成予定領
域（エミッタ形成予定領域としても同じ。）の近傍にま
で及んでいる構造のバイポーラトランジスタの製造に適
用した例を説明したが、この発明は半導体基体の不純物
拡散層形成予定領域近傍上にｎ型又はｐ型不純物を含有
する層を具える半導体装置の製造に広く適用できる。

【００５３】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のバイポーラトランジスタの製造方法によれば、
不純物拡散層形成予定領域近傍にｎ又はｐ型不純物を含
有する層を具える半導体装置の当該不純物拡散層を気相
ドーピング法で形成する際、ｎ又はｐ型不純物を含有す
る層中の不純物の、不純物拡散層形成予定領域への影響
を、抑えることができる。したがって、浅い接合が形成
できかつ急峻な不純物プロファイルが得られるという気
相ドーピング法本来の特性を利用できる。また、ｎ又は
ｐ型不純物を含有する層（例えば、ドープドポリシリコ
ンから成るベース電極）の所定部分を絶縁膜で覆うこと
を、自己整合的に行なうので、素子サイズが増大したり
工程が煩雑になることもない。これらのことから、高速
動作する例えばバイポーラトランジスタの製造が簡易か
つ容易に行える。

【００５４】また、コレクタの真性ベース直下の部分
（以下、この部分を「真性コレクタ部分」と称すること
もある。）の表面不純物濃度を増大させることも制御性
良く行なえるので、表面不純物濃度を増大させたコレク
タ部分を有する利点が確実に得られる。

【００５５】更に、エミッタを形成する際に、エミッタ
形成予定領域の露出面積を、絶縁膜や第２のポリシリコ
ン層の膜厚を調整することにより、自己整合的にかつ所
望の大きさに縮小できるので、エミッタ・ベース接合容
量の低減が図れる。

【００５６】また、エミッタを形成するにあたり、エミ
ッタ電極を形成する際の下地が、エミッタ領域（単結晶
領域）と第２のポリシリコン層とで主に構成されている
ので、ポリシリコンでエミッタ電極を構成する場合のこ
のポリシリコンの結晶成長速度を促進できる。しかも、
エミッタ電極用ポリシリコンを選択的に成長できるか
ら、エミッタ電極を自己整合的に形成でき、かつ、表面
平坦性に優れるエミッタ電極が得られる

【図面の簡単な説明】

【図１】参考例の説明に供する工程図である。

【図２】参考例の説明に供する図１に続く工程図であ
る。

【図３】参考例の説明に供する図２に続く工程図であ
る。

【図４】参考例の説明に供する工程図であり要部拡大図
により示した工程図である。

【図５】参考例の説明に供する工程図であり要部拡大図
により示した図４に続く工程図である。

【図６】参考例の説明に供する工程図であり要部拡大図
により示した図５に続く工程図である。

【図７】実施例の説明に供する要部工程図である。

【図８】実施例の説明に供する図７に続く要部工程図で
ある。

【図９】実施例の説明に供する図８に続く要部工程図で
ある。

【図１０】従来技術の説明に供する工程図である。

【図１１】従来技術の説明に供する図１０に続く工程図
である。

【図１２】従来技術の説明に供する工程図であり要部拡
大図により示した工程図である。

【図１３】従来技術の説明に供する工程図であり要部拡
大図により示した図１２に続く工程図である。

【符号の説明】

５１：Ｐ^- 型シリコン基板 ５３：Ｎ⁺ 型埋込拡散層 ５３ａ：コレクタ抵抗低減用Ｎ⁺ 型領域 ５５：素子間分離領域 ５７：半導体基体 ５９ａ：島状の単結晶領域（ベースエミッタ形成予定領
域） ５９ｂ：島状の単結晶領域（コレクタ形成予定領域の一
部） ５９ｘ：真性コレクタ部分 ６１：ポリシリコン層 ６１ａ〜６１ｃ：ポリシリコン層 ６１ｘ，６１ｙ：ベース電極（ドープドポリシリコン） ６３：耐酸化性かつ絶縁性の膜（シリコン窒化膜） ６３ａ：開口部 ６５ａ〜６５ｄ：ポリシリコン酸化膜 ６７：Ｐ⁺ 型不活性ベース ６９：単結晶領域の所定部分 ７１：パッド酸化膜 ７３：ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜 ７３ａ：側壁絶縁膜 ７５：真性ベース ７７：シリコン酸化膜 ７９：第２のポリシリコン層 ８１：エミッタ形成用開口部 ８３：エミッタ ８５：エミッタ電極 ９１：白金シリサイド ９３：金属配線 １２１：シリコン酸化膜 １２３：開口部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/73 - 29/732 H01L 21/22 - 21/223 H01L 21/331

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基体における不純物拡散層である
   ベース、エミッタ、及び、コレクタの真性ベース直下の
   部分のうちの少なくとも１つを形成する不純物拡散層形
   成予定領域近傍上に、ｎ型又はｐ型の不純物を含有する
   ドープドポリシリコンにより構成されたベース電極を具
   えるバイポーラトランジスタの製造方法であって、 一主面に島状に分割された第１導電型の単結晶領域を有
   する前記半導体基体上にポリシリコン層を形成する工程
   と、 該ポリシリコン層上に、該ポリシリコン層の前記単結晶
   領域の所定部分に対応する部分を露出する開口部を有す
   る耐酸化性かつ絶縁性の膜を形成する工程と、前記ポリ
   シリコン層の所定部分に不純物を選択的に導入して前記
   ベース電極形成用の層を得る工程と、 前記開口部により露出される前記ポリシリコン層部分を
   除去して前記単結晶領域の所定部分を自己整合的に露出
   させる工程と、 前記単結晶領域の所定部分を自己整合的に露出させたこ
   とにより生じる前記ポリシリコン層の側壁を、自己整合
   的に絶縁膜により覆うことにより側壁絶縁膜を形成する
   工程と、 該側壁絶縁膜形成済みの半導体基体を第１導電型のドー
   ピングガスを含むガス雰囲気中にて処理を行い、前記所
   定部分に表面の不純物濃度が増大されたコレクタ部分を
   形成する工程と、 該コレクタ部分形成済みの半導体基体を、第２導電型の
   ドーピングガスを含むガス雰囲気中にて処理を行い、該
   コレクタ部分と接するベースを形成する工程とを含むこ
   とを特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のバイポーラトランジス
   タの製造方法において、 前記ベース形成済みの試料における前記側壁絶縁膜を除
   去する工程と、 前記側壁絶縁膜除去済みの試料上に、絶縁膜若しくは当
   該試料を熱酸化することにより形成される酸化膜と、第
   ２のポリシリコン層とを順次形成する工程と、 当該試料上に形成された前記第２のポリシリコン層と、
   前記絶縁膜若しくは前記酸化膜とを異方性エッチングに
   より順次除去し、前記ベースの形成領域を前記側壁絶縁
   膜の除去前における露出面積よりも縮小された面積で自
   己整合的に露出させる工程と、 露出する前記ベース部分形成済みの試料を、エミッタの
   形成用ドーピングガスを含むガス雰囲気中で処理を行い
   前記エミッタを形成する工程とを更に含むことを特徴と
   するバイポーラトランジスタの製造方法。