JP3241150B2 - 高速バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

高速バイポーラトランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高速で動作するバイポー
ラ型トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイポーラ型トランジスタで構成される
半導体集積回路、特に高速デバイスを開発するにあた
り、自己整合的にエミッタベース分離がなされる方法が
とられている。特に、Electronics Let
ters 19283(1983)及びSympo.V
LSI Tech Dig・Papers16(198
3)において、T.Sakaiらによって示された A
dvanced SuperSelf−aligned
technology(略称SST)がその一例とし
てあげられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のSSTではベー
スコンタクトとベース領域を繋ぐ方法として、例えばN
PNトランジスタの場合、ベースコンタクトからの濃い
P型不純物(一般にホウ素)を拡散させベースと接続さ
せている。しかしこの方法ではベースコンタクトとエミ
ッタの距離を決めているサイドスペーサの形成がCVD
によるポリシリコンの堆積とエッチバックによっている
ので、その一連の工程の制御が困難であり、再現性に問
題があった。つまり上記工程によるサイドスペーサの厚
さのばらつきでサイドスペーサが薄くなると濃いP型層
とエミッタが直接接触し、ベース/エミッタ容量の増
大、リーク電流の増大(微少コレクタ電流での電流増幅
率低下)などの問題が起こり、逆にサイドスペーサが厚
くなるとベース抵抗が増大し高速性が阻害された。本発
明は上記問題に鑑みてなされたものであり、高速バイポ
ーラトランジスタの生産を安定して行なえる製造方法を
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明は半導体基体の主面上のエミッタとなる部分に酸
化膜を形成し、該酸化膜上に窒化膜を形成し、該窒化膜
上に酸化膜を形成して成るピラーを形成し、上記半導体
基体の上記ピラー周縁に上記半導体基体の主面に対し斜
め上方からイオン注入にてベース不純物を導入して、こ
れにより形成された領域(接続領域)によりエミッタ直
下の真性ベース領域とベース取り出し電極直下のベース
コンタクトの接続をするように構成している。
【0005】
【作用】このように構成することによりベースコンタク
トと真性ベース領域の接続を拡散でなく、拡散よりも不
純物濃度の制御が行ない易いイオン注入により行なうこ
ととなる。また、ベースコンタクトと真性ベース領域の
間に上記イオン注入によりドープされて形成された接続
領域が必ず介在することになり、ベースコンタクトと真
性ベース領域の接続を確実にする。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って説明す
る。図1乃至図8は本発明によるNPN型バイポーラト
ランジスタの製造方法を示す図であり、図において1は
P型基板、2はN型埋め込み層、3はN型エピタキシャ
ル層、4は酸化膜、5はP型埋め込み層、6はN+コレ
クタ層、7は酸化膜、8は窒化膜、9は酸化膜、10は
ピラー、11はベースコンタクトと真性ベース領域を接
続する接続領域、12はベース取り出し電極用ポリシリ
コン、13はフォトレジスト、14は酸化膜、15はエ
ミッタ取り出し電極用ポリシリコン、16はP+ベース
領域、17はN+エミッタ領域、18はP-ベース領域
(真性ベース領域)を示す。
【0007】まず、通常の工程により、P型シリコン基
板1にN型埋め込み層2とP型埋め込み層5を形成し、
N型エピタキシャル層3を成長させ、素子分離用のリセ
ス型ロコスの酸化膜4を形成し、N+コレクタ層6を形
成する(図1)。続いて熱酸化又はCVDで半導体基体
の主面全面に厚さ100オングストローム(この値は5
0乃至300オングストロームの範囲内で選択するのが
望ましい)の薄い酸化膜7と厚さ100オングストロー
ム(この値は50乃至200オングストロームの範囲内
で選択するのが望ましい)の薄い窒化膜8を形成する。
その後、それらの上に厚さ3500オングストローム
(この値は後に形成するベース取り出し電極用ポリシリ
コン12の厚さに応じて3000乃至6000オングス
トロームの範囲内で選択するのが望ましい)の厚い酸化
膜9を形成し、エミッタ領域及びコレクタ領域(図示せ
ず)以外の酸化膜9、窒化膜8及び酸化膜7を異方性エ
ッチングにより除去し、ピラー10を形成する(図
2)。
【0008】次にピラー10をマスクにしてピラー10
周縁の半導体基体にホウ素イオンを回転斜めイオン注入
する。この際、ホウ素イオンは加速電圧100keV
(60keV乃至140keVで、後に形成する酸化膜
14に応じて定める)で45゜の角度(この角度は30
乃至80゜の間に設定するのが望ましい)からドーズ量
1×1014/cm2(この値は2×1013乃至2×10
14/cm2の間に設定するのが望ましい)程度打ち込
む。この回転斜めイオン注入により、接続領域11を形
成する(図3)。
【0009】続いて、ピラー10を含む半導体基体の主
面前面にCVDにより第一のポリシリコン層を3500
オングストローム(この値は2000乃至5000オン
グストロームの範囲内で選択することが望ましい)の厚
さに形成し、その上からホウ素を加速電圧30keVで
ドーズ量5×1015/cm2(この値は3×1015乃至
1×1016/cm2の範囲内で選択することが望まし
い)程度イオンを注入して、該第一のポリシリコン層を
ベース電極たり得るようにその抵抗値を下げ、ベース取
り出し電極用ポリシリコン12を得る。次にポリシリコ
ン12上の全面に厚いフォトレジスト13を塗布し、表
面を平坦化する(図4)。
【0010】その後RIE(反応性イオンエッチング)
により全面をエッチバックして上記酸化膜9を露出させ
る(図5)。酸化膜9のみをバッファードふっ酸等でエ
ッチング除去し、ポリシリコン12上に900℃(この
値は800℃乃至950℃の範囲に設定することが望ま
しい)の高圧酸化で厚さ2000オングストローム(こ
の値は1500乃至3500オングストロームの範囲内
で選択することが望ましい)の酸化膜14を形成すると
同時にポリシリコン12からベース不純物の拡散を行な
い、ベースコンタクト領域であるP+ベース領域16を
形成する(図6)。
【0011】次に真性ベース領域の形成のため露出した
窒化膜8の上以外の部分をフォトレジストで覆い、窒化
膜8越しにホウ素を加速電圧10keVでドーズ量4×
1013/cm2程度イオン注入しP-ベース領域18を得
る。続いてO2プラズマや100乃至150℃のH2SO
4+H2O2液で上記フォトレジストを除去後、RIEで
露出した窒化膜8をエッチング除去し、さらにバッファ
ードふっ酸で酸化膜7をエッチング除去する。なお、上
記ホウ素のイオン注入は窒化膜8を除去後酸化膜7越し
に、または窒化膜8及び酸化膜7を除去後半導体基体露
出部に行なっても良い。
【0012】続いて半導体基体の主面及びポリシリコン
12の酸化膜14上にCVDにより第二のポリシリコン
層を1500オングストローム(この値は1200乃至
4000オングストロームの範囲内で選択することが望
ましい)の厚さに形成し、その上からヒ素(As)を加
速電圧80keVでドーズ量1×1016/cm2程度イ
オン注入して、該ポリシリコン層をエミッタ電極たり得
るようにその抵抗値を下げ、エミッタ取り出し電極用ポ
リシリコン15を得る。その後RTAで1000℃10
秒のアニールを行なうと共にエミッタ拡散を行ないN+
エミッタ領域17を形成し、エミッタ取り出し電極用ポ
リシリコン15のエミッタ取り出し電極部分及びコレク
タ取り出し電極部分(図示せず)以外をエッチング除去
してパターニングする(図8)。以後の工程は通常のバ
イポーラトランジスタの製造工程と同様である。 以
上、NPN型バイポーラトランジスタを例に取り説明を
行なったが、PNP型バイポーラトランジスタにも本発
明を適用できることは言うまでもない。また、ポリシリ
コンへのイオン注入による不純物の導入は、ドープトポ
リシリコンを使用することにより省略することができ
る。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、 ベース領域とベースコンタクト部分の接続を容易にイ
オン注入にて所望の濃度に形成できる。 ベース部分のシリコン表面をドライエッチングでダメ
ージを与えない(シリコンの上の酸化膜はウェットエッ
チングで除去する)のでトランジスタ特性の劣化がな
い。 エミッタ部分とベース(及びベース電極)の形成がセ
ルフアラインでできるので、ベース面積を最小にでき
る。 エミッタ開孔部をフォトリソグラフの限界以下の幅で
形成できる。(最初のピラーの幅からポリシリコンの酸
化により幅を狭くできる。) 真性ベース領域とベースコンタクトの距離をポリシリ
コンの酸化膜で決めることができるので、エッチバック
とCVDによる堆積後に形成するSSTのサイドスペー
サによるよりも再現性よくできる。 等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図3】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図4】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図5】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図6】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図7】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図8】本発明の一実施例を示す断面図である。
【符合の説明】
1 P型基板 2 N型埋め込み層 3 N型エピタキシャル層 4 酸化膜 5 P型埋め込み層 6 N+コレクタ層 7 酸化膜 8 窒化膜 9 酸化膜 10 ピラー 11 接続領域 12 ベース取り出し電極用ポリシリコン 13 フォトレジスト 14 酸化膜 15 エミッタ取り出し電極用ポリシリコン 16 P+ベース領域 17 N+エミッタ領域 18 P-ベース領域

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に埋め込み層を形成し、エピ
    タキシャル層を成長させ、選択酸化により素子分離部を
    形成し、コレクタ領域を形成した半導体基体上にバイポ
    ーラ型トランジスタを形成する製造方法において、上記
    半導体基体の主面上に酸化膜、該酸化膜上に窒化膜、該
    窒化膜上に酸化膜を形成し、該半導体基体上の少なくと
    もエミッタとなる所定の部分を除く上記酸化膜及び窒化
    膜のすべてをエッチング除去してなるピラーを形成し、
    上記半導体基体上のピラー周縁に、該半導体基体の主面
    に対し斜め上方から、イオン注入にてベース不純物を導
    入し、上記半導体基体及びピラー上の全面に第一のポリ
    シリコン層を形成し、該第一のポリシリコン層にイオン
    注入にて、ベース接続用不純物を導入し、該第一のポリ
    シリコン層上の全面にフォトレジストを塗布し、該フォ
    トレジスト及び上記ポリシリコン層をエッチバックし、
    上記ピラー上部の酸化膜を露出させるとともに上記第一
    のポリシリコン層の表面を平坦化し、上記ピラー上部の
    酸化膜を窒化膜/ポリシリコンとの選択比が高いもので
    エッチング除去し、上記第一のポリシリコン層の露出部
    を熱酸化すると共に該第一のポリシリコン層から上記半
    導体基体内にベース不純物を拡散し、上記ピラーの窒化
    膜越しに上記半導体基体内にイオン注入にてベース不純
    物を導入し、上記ピラーの窒化膜の露出部及び該露出部
    下の酸化膜をエッチング除去後、上記半導体基体の露出
    部及び上記第一のポリシリコン層上の酸化膜上の全面に
    第二のポリシリコン層を形成し、該第二のポリシリコン
    層にイオン注入にてエミッタ不純物を導入し、上記半導
    体基体内にエミッタ不純物を拡散し、上記第二のポリシ
    リコン層をパターニングする工程を備えたことを特徴と
    する高速バイポーラトランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板に埋め込み層を形成し、エピ
    タキシャル層を成長させ、選択酸化により素子分離部を
    形成し、コレクタ領域を形成した半導体基体上にバイポ
    ーラ型トランジスタを形成する製造方法において、上記
    半導体基体の主面上に酸化膜、該酸化膜上に窒化膜、該
    窒化膜上に酸化膜を形成し、該半導体基体上の少なくと
    もエミッタとなる所定の部分を除く上記酸化膜及び窒化
    膜のすべてをエッチング除去してなるピラーを形成し、
    上記半導体基体上のピラー周縁に、該半導体基体の主面
    に対し斜め上方から、イオン注入にてベース不純物を導
    入し 、上記半導体基体及びピラー上の全面に第一のポリ
    シリコン層を形成し、該第一のポリシリコン層にイオン
    注入にて、ベース接続用不純物を導入し、該第一のポリ
    シリコン層上の全面にフォトレジストを塗布し、該フォ
    トレジスト及び上記ポリシリコン層をエッチバックし、
    上記ピラー上部の酸化膜を露出させるとともに上記第一
    のポリシリコン層の表面を平坦化し、上記ピラー上部の
    酸化膜を窒化膜/ポリシリコンとの選択比が高いもので
    エッチング除去し、上記第一のポリシリコン層の露出部
    を熱酸化すると共に該第一のポリシリコン層から上記半
    導体基体内にベース不純物を拡散し、上記ピラーの窒化
    膜の露出部をエッチング除去後上記ピラーの酸化膜越し
    に、上記半導体基体内にイオン注入にてベース不純物を
    導入し、上記ピラーの酸化膜の露出部をエッチング除去
    後、上記半導体基体の露出部及び上記第一のポリシリコ
    ン層上の酸化膜上の全面に第二のポリシリコン層を形成
    し、該第二のポリシリコン層にイオン注入にてエミッタ
    不純物を導入し、上記半導体基体内にエミッタ不純物を
    拡散し、上記第二のポリシリコン層をパターニングする
    工程を備えたことを特徴とする高速バイポーラトランジ
    スタの製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体基板に埋め込み層を形成し、エピ
    タキシャル層を成長させ、選択酸化により素子分離部を
    形成し、コレクタ領域を形成した半導体基体上にバイポ
    ーラ型トランジスタを形成する製造方法において、上記
    半導体基体の主面上に酸化膜、該酸化膜上に窒化膜、該
    窒化膜上に酸化膜を形成し、該半導体基体上の少なくと
    もエミッタとなる所定の部分を除く上記酸化膜及び窒化
    膜のすべてをエッチング除去してなるピラーを形成し、
    上記半導体基体上のピラー周縁に、該半導体基体の主面
    に対し斜め上方から、イオン注入にてベース不純物を導
    入し、上記半導体基体及びピラー上の全面に第一のポリ
    シリコン層を形成し、該第一のポリシリコン層にイオン
    注入にて、ベース接続用不純物を導入し、該第一のポリ
    シリコン層上の全面にフォトレジストを塗布し、該フォ
    トレジスト及び上記ポリシリコン層をエッチバックし、
    上記ピラー上部の酸化膜を露出させるとともに上記第一
    のポリシリコン層の表面を平坦化し、上記ピラー上部の
    酸化膜を窒化膜/ポリシリコンとの選択比が高いもので
    エッチング除去し、上記第一のポリシリコン層の露出部
    を熱酸化すると共に該第一のポリシリコン層から上記半
    導体基体 内にベース不純物を拡散し、上記ピラーの窒化
    膜の露出部及び該露出部下の酸化膜をエッチング除去
    後、上記半導体基体の露出部の上記半導体基体内にイオ
    ン注入にてベース不純物を導入し、上記半導体基体の露
    出部及び上記第一のポリシリコン層上の酸化膜上の全面
    に第二のポリシリコン層を形成し、該第二のポリシリコ
    ン層にイオン注入にてエミッタ不純物を導入し、上記半
    導体基体内にエミッタ不純物を拡散し、上記第二のポリ
    シリコン層をパターニングする工程を備えたことを特徴
    とする高速バイポーラトランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 上記第一及び第二のポリシリコン層のう
    ち、少なくともどちらか一方がドープトポリシリコンか
    ら成り、第一又は第二のポリシリコン層へのイオン注入
    によるベースあるいはエミッタ不純物の導入をする工程
    のどちらか又は両方が省略されることを特徴とする請求
    項1、2または3いずれか記載の高速バイポーラトラン
    ジスタの製造方法。
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