JP3237116B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置の能動素子の構造に関し、特に
半導体基板表面の平面に沿って形成したバイポーラトラ
ンジスタ素子の構造に関する。
[従来の技術] 従来技術の半導体基板表面の平面に沿って形成したバ
イポーラトランジスタ素子(以下横型バイポーラと称
す)の構造は、第4図に示すように第2導電型の半導体
基板14の表面の2ヶ所に第1導電型の不純物拡散層を形
成し、第1導電型の不純物拡散層の片方8をコレクタ、
他方の第1導電型の不純物拡散層6をエミッタとし、コ
レクタとエミッタの間の領域の第2の導電型の不純物拡
散層9をベースにしていた。
ここでバイポーラトランジスタの電流増幅率はベース
領域の幅に影響され、バイポーラトランジスタの電流増
幅率(以下Hfeと称す)を大きくするためにはベース領
域の幅を小さくする必要がある。またトランジスタのサ
イズが微細化されるに伴いベース幅の均一性が素子特性
のばらつきに大きい影響を及ぼすようになる。
[発明が解決しようとする課題及び目的] しかしながら、前述の従来技術の半導体装置は第1の
導電型の不純物の拡散層の不純物導入によりベース幅が
決定される。すなわち横型バイポーラのベース幅はフォ
トリソグラフィー技術の解像度の限界があるため微細化
することは難しい。またトランジスタの高性能化のため
Hfeを高くするため第1の導電型の不純物拡散層を熱拡
散により広げることは半導体プロセスのばらつきの影響
を受けやすい。以上の理由により微細な横型バイポーラ
・高性能の横型バイポーラを均一な素子特性で制御性よ
く形成することができないという問題を有していた。
またベース幅を変更するためには第1の不純物拡散層
を形成するためのフォトマスクの変更や大きなプロセス
条件を変更などが必要であった。
そこで、本発明はこのような課題を解決しようとする
もので、その目的とするところは、横型バイポーラトラ
ンジスタをプロセスの影響を受けにくい均一な特性で形
成できる構造を提供し、また微細で高いHfeの横型バイ
ポーラ半導体装置の構造を提供するところにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置は、半導体基板の上に配置された
配線と、前記配線の側面に形成されたサイドウォール
と、第1導電型の半導体領域からなるコレクタ領域と、
前記配線をマスクに用いて、前記コレクタ領域の表面近
傍の所定領域に、前記コレクタ領域よりも浅く形成され
た第2導電型の不純物拡散層からなるベース領域と、前
記配線及び前記サイドウォールをマスクに用いて、前記
第2導電型の不純物拡散層の表面近傍の所定領域に、前
記第2導電型の不純物拡散層よりも浅く形成された第1
導電型の不純物拡散層からなるエミッタ領域と、を備え
た半導体装置であって、前記エミッタ領域と前記コレク
タ領域とは、前記第2導電型の不純物拡散層を介して、
サイドウォールの幅方向に離間して配置され、前記エミ
ッタ領域と前記コレクタ領域とは、前記サイドウォール
の幅方向においてベース幅を間に挟んで最も近接して配
置されてなり、かつ、前記ベース幅は、前記サイドウォ
ールと略対向する下方領域に配置されてなることを特徴
とする。また、前記ベース幅は、前記サイドウォールの
幅と略等しいことを特徴とする。さらに、前記配線はシ
リコンと高融点金属の化合物又は多結晶シリコンからな
ることを特徴とする。
[実施例] 第1図は本発明の半導体装置の構造を実施例として示
した半導体装置の断面図である。また第2図(a)〜
(d)は本発明の半導体装置が形成されるまでを工程を
追って示した図である。以下これらの図にしたがって本
発明を実施例として説明する。
本発明の半導体装置は横型バイポーラトランジスタで
ありその構造は第1図に示すようなものである。すなわ
ち第1の導電型をしめす半導体基板1表面に能動素子領
域と素子分離領域10が形成されており、能動領域の一部
で能動領域上に薄い絶縁膜2を介して形成された配線3
の片側に広がる領域に第2の導電型の不純物拡散層5が
形成されている。更に第2の不純物拡散層表面の一部で
前記の配線の側面に隣接して形成された絶縁膜からなる
サイドウォール4の外側に広がる領域に第1の導電型の
不純物拡散層6が形成されている。また第1の導電型の
不純物拡散層と第1の導電型を示す半導体基板領域との
距離は前記のサイドウォールの下部が最も狭くなってお
り、深さ方向では第1の不純物拡散層の深さに対して第
2の不純物拡散層は充分な深さをもって形成されてい
る。従って本発明のバイポーラトランジスタのHfeはサ
イドウォール下部のもっとも狭くなった第2の不純物拡
散層すなわちベース9の幅で制御されている。また第1
の導電型を示す半導体基板1がコレクタ、第1の導電型
の不純物拡散層6がエミッタになっている。第1図では
この構造に加えコレクタ電極を引き出すための第1導電
型の濃い不純物拡散層8とコレクタ引出し配線13、ベー
ス電極を引き出すための第2の導電型の濃い不純物拡散
層7とベース引出し配線12、エミッタである第1導電型
の不純物拡散層6上に形成されたエミッタ引出し配線11
も示してある。
次に本発明の半導体装置を形成する過程を第2図によ
り実施例として工程をおって説明する。また本実施例で
は横型バイポーラの一例としてNPN型のトランジスタを
形成する場合を例に取って説明する。
第2図(a)に示すように第1の導電型を示す半導体
基板1上に素子分離絶縁膜10と能動素子領域を形成しそ
の上に薄い絶縁膜2を形成した後薄い絶縁膜上に配線3
を形成する。本実施例として第1の導電型の半導体基板
としてシリコンの短結晶基板中にN型の導電型の不純物
である燐を1x1016cm-3の濃度に拡散した基板を用い、素
子分離絶縁膜としては1μmの厚さのシリコン酸化膜を
用いるものとする。また薄い絶縁膜としては酸素雰囲気
中での熱処理によりシリコン基板表面に形成した300Å
程度の厚さのシリコン酸化膜を用いる。さらに配線3と
して本実施例では薄い絶縁膜上に4000Åの多結晶シリコ
ン膜を形成した後フォトリソ技術及びエッチング技術に
より所望の箇所にのみ配線として残す方法を用いる。こ
の多結晶シリコンからなる配線中に導電性を持たすため
に不純物が拡散してあっても本発明の範囲を越えるもの
ではないし、また配線材料として多結晶シリコンの他に
モリブデンやタングステン等の高融点金属あるいは高融
点金属とシリコンの化合物であってもかまわない。ただ
しアルミニウム等の低融点の金属を主成分とする導電材
料ではこの後半導体基板中に不純物拡散層を形成する際
に高温処理できないため注意を擁する。次に第2図
(b)で示すように第1の導電型の半導体基板1中に第
2の導電型の不純物拡散層5を形成する。本実施例では
P型の導電性を示す不純物であるホウ素を5x1014cm-2
リコン基板中にイオン注入した後、加熱処理により拡散
し深さ0.6〜1μm程度のP型の不純物拡散層5を形成
する。この工程において前記の配線3の下のシリコン基
板と素子分離絶縁膜の下のシリコン基板中へはイオン注
入されないため自己整合的に第2の導電型の不純物拡散
層5が形成される。この半導体基板表面全面に絶縁膜を
形成する。本実施例では化学的気相成長法(CVD法)を
用いて第2図(c)のようにシリコン酸化膜を0.5μm
形成する。この半導体基板全面をRIE(Reactive Ion
Etch)等の異方性のドライエッチングを行うことにより
前記の配線側面に絶縁膜のサイドウォール4を形成す
る。異方性エッチングによりエッチングする膜厚を6000
Å程度にすることによりサイドウォールの幅を3000Å程
度にできる。前記の半導体基板上にフォトリソ技術によ
り形成したレジストマスクにより第2の導電型の不純物
拡散層5表面部分のサイドウォールに隣接する領域に第
1の導電型の不純物拡散層6を形成する。本実施例では
砒素を5x1015cm-2イオン注入した後熱処理する事により
0.2μmの深さのN型不純物拡散層6を形成する。以上
の工程により前記配線下のシリコン基板1をコレクタ、
砒素不純物を有する不純物拡散層6をエミッタ、サイド
ウォール下部のホウ素の拡散層の狭くなった部分9をベ
ースとするNPN型の横型バイポーラトランジスタが形成
された。
以上述べてきた本発明の半導体装置は前記の実施例で
もわかるようにサイドウォール4を形成するための異方
性エッチングで絶縁膜をエッチングする膜厚を変えるこ
とにより第3図に示すようにサイドウォール4の幅を変
えることができる。前記の実施例では6000Å程度エッチ
ングする事により3000Åの幅のサイドウォールを形成し
た。これは第3図では実線で示されている。このとき形
成される第1の導電型の不純物拡散層も実線で示すとベ
ース9の幅は図からわかるように約4000Åである。これ
に対し異方性エッチングで絶縁膜を8000Å程度エッチン
グするとサイドウォール4は一点鎖線で示すようになり
その幅は2000Åになる。このサイドウォールにより形成
される第1の導電型不純物拡散層は第3図の破線の部分
まで広がりこの結果ベース9幅は3000Åになる。すなわ
ち本発明の半導体装置の構造によればトランジスタの能
力を決めるHfeを容易に制御できることがわかる。
以上本発明の実施例としてNPN型の横型バイポーラを
例に取って説明してきたがそれぞれの不純物の導電型を
変えることにより同様の方法によりPNP型の横型バイポ
ーラを形成することもできる。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明の半導体装置によれば以下
に列挙するような効果を有する。
(1)横型バイポーラにおいて従来技術では実現できな
かった微細寸法の半導体装置を本発明のサイドウォール
を用いたベースの形成技術により実現することができ
る。またベース幅が微細であるため従来技術の横型バイ
ポーラトランジスタよりHfeが2倍以上大きな高性能ト
ランジスタを形成することを可能にした。
(2)サイドウォール幅でベース幅をコントロールする
ためトランジスタのHfeの特性の合わせ込みが容易であ
りまたHfeを制御性よく変化させることも可能である。
またサイドウォールはプロセス上均一性がよい為このサ
イドウォールを用いてトランジスタ特性を制御している
本発明の半導体装置は特性の均一性が向上している。
(3)また本発明の実施例でわかるように本半導体装置
を形成する工程は微細MIS型半導体装置を形成する工程
と類似するところが多いため同一の半導体基板上にMIS
型半導体装置と横型バイポーラを工程を複雑にする事な
く形成する事も容易であり半導体回路の集積化も可能で
ある点についても特筆するところである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置の断面図 第2図(a)〜(d)は、本発明の半導体装置を形成す
る過程を工程を追って示した半導体装置の断面図。 第3図は、本発明の半導体装置のサイドウォールのエッ
チング量とベース領域の幅の変化を示した半導体装置の
断面図。 第4図は従来技術の半導体装置の断面図 1……第一の導電型をしめす半導体基板 2……うすい絶縁膜 3……配線 4……絶縁物からなるサイドウォール 5……第2の導電型の不純物拡散層 6……第1の導電型の不純物拡散層 7……ベース電極を引き出すための第2の導電型の濃い
不純物拡散層 8……コレクタ電極を引き出すための第1の導電型の濃
い不純物拡散層 9……ベース領域 10……素子分離絶縁膜 11……エミッタ引出し配線 12……ベース引出し配線 13……コレクタ引出し配線 14……第2導電型の半導体基板

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の上に配置された配線と、 前記配線の側面に形成されたサイドウォールと、 第1導電型の半導体領域からなるコレクタ領域と、 前記配線をマスクに用いて、前記コレクタ領域の表面近
    傍の所定領域に、前記コレクタ領域よりも浅く形成され
    た第2導電型の不純物拡散層からなるベース領域と、 前記配線及び前記サイドウォールをマスクに用いて、前
    記第2導電型の不純物拡散層の表面近傍の所定領域に、
    前記第2導電型の不純物拡散層よりも浅く形成された第
    1導電型の不純物拡散層からなるエミッタ領域と、を備
    えた半導体装置であって、 前記エミッタ領域と前記コレクタ領域とは、前記第2導
    電型の不純物拡散層を介して、サイドウォールの幅方向
    に離間して配置され、 前記エミッタ領域と前記コレクタ領域とは、前記サイド
    ウォールの幅方向においてベース幅を間に挟んで最も近
    接して配置されてなり、かつ、 前記ベース幅は、前記サイドウォールと略対向する下方
    領域に配置されてなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記ベース幅は、前記
    サイドウォールの幅と略等しいことを特徴とする半導体
    装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記配線はシ
    リコンと高融点金属の化合物又は多結晶シリコンからな
    ることを特徴とする半導体装置。
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