JP3317289B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の能動
素子の製造方法に関し、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製造方法に
関する。
素子の製造方法に関し、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製造方法に
関する。
【０００２】
【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、図４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。
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、図４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。
【０００３】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H f e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。
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H f e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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】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H f e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。
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H f e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。
【０００５】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
なプロセス条件の変更などが必要であった。
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
なプロセス条件の変更などが必要であった。
【０００６】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H f
e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。
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H f
e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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、第１導電型の半導体領域からなるコレクタ領
域と、コレクタ領域の上方に形成された配線と、第１導
電型の不純物拡散層からなるエミッタ領域と、を有する
半導体装置の製造方法であって、前記コレクタ領域の上
方に絶縁膜を介して配線を形成する工程と、前記配線を
マスクに用いて前記コレクタ領域に第２導電型の不純物
をイオン注入して、前記コレクタ領域よりも浅い第２導
電型の不純物拡散層を形成する工程と、前記配線の側面
にサイドウォールを形成する工程と、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
物拡散層に第１導電型の不純物をイオン注入して、前記
第２導電型の不純物拡散層との深さの差が前記サイドウ
ォール下部のベース領域の幅に比して大となる深さであ
り、かつ前記第２導電型の不純物拡散層よりも浅い第１
導電型の不純物拡散層からなるエミッタ領域を形成する
工程と、をこの順序で有することを特徴とする。
造方法は、第１導電型の半導体領域からなるコレクタ領
域と、コレクタ領域の上方に形成された配線と、第１導
電型の不純物拡散層からなるエミッタ領域と、を有する
半導体装置の製造方法であって、前記コレクタ領域の上
方に絶縁膜を介して配線を形成する工程と、前記配線を
マスクに用いて前記コレクタ領域に第２導電型の不純物
をイオン注入して、前記コレクタ領域よりも浅い第２導
電型の不純物拡散層を形成する工程と、前記配線の側面
にサイドウォールを形成する工程と、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
物拡散層に第１導電型の不純物をイオン注入して、前記
第２導電型の不純物拡散層との深さの差が前記サイドウ
ォール下部のベース領域の幅に比して大となる深さであ
り、かつ前記第２導電型の不純物拡散層よりも浅い第１
導電型の不純物拡散層からなるエミッタ領域を形成する
工程と、をこの順序で有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１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
図２（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。
を実施例として示した半導体装置の断面図である。また
図２（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。
【０００９】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図１に示すようなものであ
る。すなわち第１の導電型を示す半導体基板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
H f e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。図１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。
ンジスタでありその構造は図１に示すようなものであ
る。すなわち第１の導電型を示す半導体基板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
H f e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。図１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。
【００１０】次に本発明の半導体装置を形成する過程を
図２により実施例として工程を追って説明する。また本
実施例では横型バイポーラの一例としてN P N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。
図２により実施例として工程を追って説明する。また本
実施例では横型バイポーラの一例としてN P N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。
【００１１】図２（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１×１０16ｃｍ-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３００オングストローム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４０００オングストローム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要する。次に図２（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５×１０14ｃｍ-2シリコン
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（C V D法）を用い
て図２（ｃ）のようにシリコン酸化膜を０．５μm形成
する。
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１×１０16ｃｍ-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３００オングストローム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４０００オングストローム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要する。次に図２（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５×１０14ｃｍ-2シリコン
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（C V D法）を用い
て図２（ｃ）のようにシリコン酸化膜を０．５μm形成
する。
【００１２】この半導体基板全面をRＩE（R e a c t i
v e I o n E t c h）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オングストローム程度にすることに
よりサイドウォールの幅を３０００オングストローム程
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５×１０15ｃｍ-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N P N型の横型バイポーラトラン
ジスタが形成された。
v e I o n E t c h）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オングストローム程度にすることに
よりサイドウォールの幅を３０００オングストローム程
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５×１０15ｃｍ-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N P N型の横型バイポーラトラン
ジスタが形成された。
【００１３】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図３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６０００
オングストローム程度エッチングする事により３０００
オングストロームの幅のサイドウォールを形成した。こ
れは図３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４０００オングストロームで
ある。これに対し異方性エッチングで絶縁膜を８０００
オングストローム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２０００オング
ストロームになる。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図３の破線の部分まで広
がりこの結果ベース９幅は３０００オングストロームに
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Hf eを容易に制御できることが
わかる。
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図３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６０００
オングストローム程度エッチングする事により３０００
オングストロームの幅のサイドウォールを形成した。こ
れは図３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４０００オングストロームで
ある。これに対し異方性エッチングで絶縁膜を８０００
オングストローム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２０００オング
ストロームになる。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図３の破線の部分まで広
がりこの結果ベース９幅は３０００オングストロームに
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Hf eを容易に制御できることが
わかる。
【００１４】以上本発明の実施例としてN P N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P N P
型の横型バイポーラを形成することもできる。
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P N P
型の横型バイポーラを形成することもできる。
【００１５】
【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。
によれば以下に列挙するような効果を有する。
【００１６】（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H f e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。
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H f e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。
【００１７】（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H feの特性の合わせ込
みが容易であり、またH f e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。
トロールするためトランジスタのH feの特性の合わせ込
みが容易であり、またH f e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。
【００１８】（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。
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１】本発明の半導体装置の断面図。
【図２】（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。
る過程を工程を追って示した半導体装置の断面図。
【図３】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。
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。
【図４】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
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/331 H01L 29/73
Claims (1)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体領域からなるコレク
タ領域と、コレクタ領域の上方に形成された配線と、第
１導電型の不純物拡散層からなるエミッタ領域と、を有
する半導体装置の製造方法であって、 前記コレクタ領域の上方に絶縁膜を介して配線を形成す
る工程と、 前記配線をマスクに用いて前記コレクタ領域に第２導電
型の不純物をイオン注入して、前記コレクタ領域よりも
浅い第２導電型の不純物拡散層を形成する工程と、 前記配線の側面にサイドウォールを形成する工程と、 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に第１導電型の不純物をイオ
ン注入して、前記第２導電型の不純物拡散層との深さの
差が前記サイドウォール下部のベース領域の幅に比して
大となる深さであり、かつ前記第２導電型の不純物拡散
層よりも浅い第１導電型の不純物拡散層からなるエミッ
タ領域を形成する工程と、をこの順序で有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29002799A JP3317289B2 (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29002799A JP3317289B2 (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | 半導体装置の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20774390A Division JP3237116B2 (ja) | 1990-07-23 | 1990-08-06 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000082708A JP2000082708A (ja) | 2000-03-21 |
| JP3317289B2 true JP3317289B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=17750847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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| JP (1) | JP3317289B2 (ja) |
-
1999
- 1999-10-12 JP JP29002799A patent/JP3317289B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000082708A (ja) | 2000-03-21 |
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