JPH01100941A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術　　　　　　　　　　（第３〜７図）発明が
解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用　　　　　　　　　　　　　　（第１図）実施例 本発明の一実施例　　　　　　（第２図）発明の効果 〔概　要〕 Ｗａｌｌｅｄ　Ｅｍｉｔｔｅｒ構造の半導体素子を選択
酸化で形成するときの製造方法に関し、 Ｃ−Ｅリークの発生を防止して歩留まりの向上を図るこ
とを目的とし、 一導電型半導体層上のベース対応領域に、その端部にあ
っては反対導電型の不純物を含有する補償拡散源を備え
る耐酸化マスクを形成する工程と、該耐酸化マスクを利
用した熱酸化によって、該半導体層の露出部分を選択的
に酸化してフィールド酸化膜を形成すると共に、該補償
拡散源の不純物を該フィールド酸化膜端部周辺の該半導
体層に拡散して、反対導電型の補償領域を形成する工程
と、該耐酸化マスクを除去し、露出した該半導体層に反
対導電型の不純物を導入してベース領域を形成する工程
と、該ベース領域中に一導電型の不純物を埋入してエミ
ッタ領域を形成する工程と、を含むように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、詳しくはＷａ
ｌｌｅｄ　Ｅｍｉｔｔｅｒ構造（以下、ＷＥ槽構造いう
）の半導体素子（バイポーラトランジスタ）を選択酸化
で形成するときの製造方法に関する。

バイポーラデバイスでは電気的に分離された島領域に個
々の素子を形成する必要がある。微細加工技術とともに
ｐｎ接合分離から選択酸化分離（Ｌｏｃａｌ　ｏｘｉｄ
ａｔｉｏｎ　ｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ　；　Ｌ　ＯＣＯＳ
　）法が開発され、定着している。ＬＯＣＯ３法は窒化
膜をマスクとする選択酸化で形成した厚い酸化膜を用い
る分離法であり、これによると、分離領域と素子との間
隔をとる必要がなく、エミッタを分離酸化膜と接合させ
たＷＥ槽構造可能になるので、ｐｎ接合分離に比べて著
しく高集積が可能になる。

さらに、素子の側面および配線一基板間の寄生容量を低
減し、高速化への寄与も大きいため、現在の高集積・高
速バイポーラＬＳＩの大部分に使用されている。

〔従来の技術〕

バイポーラ集積回路の１つであるｎｐｎ）ランジスタと
しては、例えば第３〜５図に示すようなものがある。第
３図は該トランジスタの平面図であり、特に電極をつけ
る前における各端子の半導体部分を平面的に表している
。この図において、ｌはエミッタとなるｎ０拡散層、２
はベースとなるＰ型拡散層、３はコレクタとなるｎ′−
領域、４はフィールド酸化膜（Ｆ−ＯＸ）である、また
、第４図は第３図のものに電極をつけてＡ−Ａ　’矢視
方向から断面図、第５図も同様にＢ−Ｂ　’矢視方向か
ら見た断面図である。これらの図において、ｎ型半導体
５にはエミッタおよびベース領域に相当する部分を残し
て選択酸化分離により厚いフィールド酸化膜４が形成さ
れており、エミッタおよびベース領域に相当する部分以
外は例えばホトレジストで覆われて、イオン注入機によ
りボロンを投入し、レジストを除去した後、熱処理によ
りベースＰ型拡散Ｊｉ２　（深さ０．３μｍ程度）が形
成される。また、ホトリソグラフィによりエミッタ領域
に相当する部分以外をＣＶＤ酸化膜９で覆い、高電流イ
オン注入機によりひ素を注入し、熱処理によりエミッタ
ｎ゛拡散層ｌ　（深さ０．１μｍ程度）が形成される。

一方、コレクタ領域に相当する部分はりん拡散炉でりん
拡散してコレクタを取り出し用ｎ”ｐｌ域３が形成され
る。なお、６はｎ＋埋込層、７はＰ型基板、８はｎ型の
シリコン層である。その後エミッタ、ベース、コレクタ
各領域に各アルミ電極配線ｌＯ〜１２が施される。この
ようにしてバイポーラのｎｐｎ）ランジスタがＬＯＣＯ
８法により形成され、ＬＯＣＯ３法による利点、すなわ
ち集積度が高く、寄生容量、配線容量が低減し、かつ素
子面積も小さくなり、高速化が可能という利点を得てい
る。

上述のＬＯＣＯ３法は本発明の背景となるものであり、
またＬＯＣＯ３法によるバイポーラトランジスタの製造
は後述する実施例と同様の部分もあるため、詳細に説明
したが、上述した通常のトランジスタの他にＷＥ槽構造
トランジスタがあり、これは特に素子面積の縮小、接合
容量の低減効果が大きく、大規模集積回路で有効な技術
である。

従来のＷＥ槽構造トランジスタとしては、例えば第６図
に示すようなものが知られている。この図において、ｎ
型９９３７層２０にはベース領域を残してフィールド酸
化膜２１が形成され、このべ一大領域にベースとなるＰ
型拡散層２２が形成される。

さらに、その上にＣＶＤ法でｓ　ｔ　ｏｔ膜２３が形成
されてエミッタ用の幅広の窓２４が開孔している。

窓２４はＰ型拡散層２２より大き（、この窓２４にポリ
シリコン２５をパターニングし、ヱミソタとなる部分に
ひ素を注入後、熱処理してエミッタ電極となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このようなＷＥ槽構造トランジスタを従
来の製造方法で形成する場合、いわゆるバーズビーク（
Ｂｉｒｄ’ｓ　Ｂｅａｋ）が発生し、エミッターコレク
タ短絡（Ｃ−Ｅリーク）による不良が発生しやすくなる
という問題点があった。

かかる問題点を説明するため第７図に移る。第７図はＬ
ＯＣＯ３法によるＷＥ槽構造トランジスタを製造すると
きのプロセスの一部を示す図である。第７図（ａ）に示
すようにｎ型９９１７層３０の素子分離用の厚いフィー
ルド酸化膜３１の端部にはバーズビーク３１ａが発生し
ている。これは、ｎ型９９１７層３０の窓部（素子領域
に相当）を形成する際、ＣＶＤ窒化膜を堆積した後、素
子領域上に残した窒化膜をマスクとして熱酸化を行うが
、窒化膜の内側方向に沿った酸化の進行によってｎ型９
９１７層３０の両端にバーズビーク３１ａが発生するも
のである。フィールド酸化膜３１の窓部の部分はベース
・エミッタ領域となる所であり、この部分にエミツタ層
をつけるために、まずＣＶＤ法でＳｉＯ□膜３２膜形２
する０次いで、窓用のマスク３３を重ねて窓部３４の部
分のＳｉＯ□膜３２膜形２イエツチングする。これは、
いわゆるＲＩＥ　（矢印方向参照）で行われ、例えばＣ
Ｆ４．ＣＴ（Ｆｉｌなるガスが用いられる。エツチング
の進行により第７図（ｂ）に示すように窓部３４に対応
する部分の５ｉＯ１膜３２が削られていくが、実際上は
集積化される多数の素子の部分で確実にエツチング処理
を実行するという要請から、多少オーバエツチング気味
に該処理が行われる。このため、本来的には第７図（ｂ
）に示す進行程度で良いのであるが、素子によっては第
７図（ｃ）に破線で示すようにフィールド酸化膜３１の
バーズビーク３１ａを削るようにエツチングが進行する
ものもある。ベース領域は上記エツチングの以前に、Ｐ
型拡散層３５として形成され、さらにその上にエミッタ
領域（図示路）が形成される。この場合、第７図（ｃ）
に示す程度までエツチングが進行しているものにあって
は同図中に矢印■で示すようなＣ−Ｅリークが発生して
しまう、なお、上記不具合の解消として、例えばコレク
タとベースの接合面積を単に拡大することも考えられる
が、これによるとバイポーラトランジスタの特長である
高速動作性が劣ることになり、得策でない、したがって
、該接合面積を殆ど大きくすることなく　（言い換えれ
ば、必要最小限の拡大”）　、Ｃ−Ｅリークの発生を防
止するための改善が望まれる。

そこで本発明は、Ｃ−Ｅリークの発生を防止して歩留ま
りの向上を図ることのできる半導体装置の製造方法を提
供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成のた
め、−導電型半導体層上のベース対応領域に、その端部
にあっては反対導電型の不純物を含有する補償拡散源を
備える耐酸化マスクを形成する工程と、該耐酸化マスク
を利用した熱酸化によって、該半導体層の露出部分を選
択的に酸化してフィールド酸化膜を形成すると共に、該
補償拡散源の不純物を該フィールド酸化膜端部周辺の該
半導体層に拡散して、反対導電型の補償領域を形成する
工程と、該耐酸化マスクを除去し、露出した該半導体層
に反対導電型の不純物を導入してベース領域を形成する
工程と、該ベース領域中に一導電型の不純物を導入して
エミッタ領域を形成する工程と、を含んでいる。

（作　用〕 本発明では、第１図にその原理図を示すように、基板１
０１上にベース領域に対応する酸化膜１０２が選択酸化
のマスクパターンとして形成されるとともに、この酸化
膜１０２の端部にベース領域のキャリアとなる不純物を
有する補償拡散源１０３が形成される。その後、選択酸
化が行われて素子分離用のフィールド酸化膜が形成され
るが、このとき酸化熱により補償拡散源１０３の不純物
がフィールド酸化膜のバーズビーク周辺の基板内に拡散
してベース領域の一部が形成される。

したがって、上記拡散源からの不純物によりバーズビー
ク周辺に沿ってベース領域が形成されることとなり、仮
りにフィールド酸化膜のオーバエツチングが行われても
前記ベース領域が介在し直接的なＣ−Ｅリークが避けら
れる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す図である。第２図（ａ
）　〜（Ｃ）はＷＥ構造のｎｐｎバイポーラトランジス
タをつくるときのプロセスを示す図であり、工程順に説
明していく。

（１）第２図（ａ）の工程 まず、ｎ型のシリコン基板４０の上面にパッド酸化膜４
Ｌ　Ｓｉ＋Ｎａ　　（窒化膜）４２、ポリシリコン４３
を順次全面に亘って形成する。なお、パッド酸化膜４１
はＳ＋ｓＮａ膜４２とｎ型シリコン基板４０間の応力を
緩和する働きをするものである。Ｓｉ３Ｎ４膜４２は耐
酸化性膜としての機能があり、ポリシリコン４３は３４
３Ｎ４膜が後のエツチングで除去されないための保護膜
として形成される。

（ＩＩ）第２図（ｂ）の工程 次いで、エミッタ領域の窓に相当する部分Ｍをパターニ
ングし、この部分Ｍをマスクとしてエツチングし、パッ
ド酸化膜４１にいわゆるサイドエッチを入れる。エツチ
ングは、例えば希弗酸によって行うが、このときＳｉ３
Ｎ、膜４２は耐酸化性膜としての機能があり、この部分
はエツチングされずパッド酸化膜４１について側方から
内側に向かってサイドエッチが行われ、パッド酸化膜４
１、Ｓｉ、Ｎ。

（窒化膜）４２およびポリシリコン４３の部分はあたか
も、きの吊型のような形状を呈する。次いで、その上面
に補償拡散源であるＢ　Ｓ　Ｇ　（ｂｏｒｏｎ　５ｉｌ
ｉｃａｔｅｄ　ｇｒａｓｓ）４４をＣＶＤ法により成長
させる。Ｂ５Ｇ４４はその一部を後の工程でベース領域
とするためのもので、Ｓ　ｉ　ＯｌにＰ型の不純物であ
るボロン（はう素）を注入した層である。このとき、Ｂ
５Ｇ４４はパッド酸化膜４１の側方であって、かつ５ｔ
ｘＮａ膜４２の下方の部分まで十分に入り込んで成長し
ている。

（ＩＩＩ）第２図（ｃ）の工程 ５ｉｓＮｎ膜４２、ポリシリコン４３のある部分をマス
クとして一定の深さまで異方性エツチング（ＲＩＥ）を
行い、ｎ型シリコン基板４０上のＢ５Ｇ４４を除去する
。このとき、エツチングは一定の深さまで進行するため
、パッド酸化膜４１およびＳ　ｉ３Ｎ　ａ膜４２の端部
にはＢ５Ｇ４４が残ることになり、この状態が第２図（
ｃ）に描かれている。

（ｍＶ）第２図（ｄ）の工程 第１図（ｃ）の状態から高圧酸素雰囲気中で熱酸化を行
い、素子領域分離用の厚いフィールド酸化膜４５を形成
し、いわゆる選択酸化を行う。このとき、フィールド酸
化膜４５の端部にはバーズビーク４５ａが形成される。

また、酸化による熱処理でＢ５Ｇ４４のボロンが図中下
方のｎ型シリコン基板４０内まで拡散し、Ｐ型拡散層４
６が形成される。このＰ型拡散層４６はＢ５Ｇ４４から
のボロン拡散によるため、特にフィールド酸化膜４５の
バーズビーク４５ａの下方に回り込むような形で形成さ
れる。

（Ｖ）第２図（ｅ）の工程 パッド酸化膜４１、Ｓ　ｉ　ｓ　Ｎ　ａ膜４２およびＢ
５Ｇ４４を従来例と同様のエツチングにより除去する。

このとき、Ｂ５Ｇ４４は除去されるが、Ｐ型拡散層４６
はそのまま残っている。

（Ｖｌ）第２図（ｆ）の工程 その後、従来と同様の工程でＷＥ構造のｎｐｎトランジ
スタをつくる。すなわち、まず第２図（６）の状態から
ｎ型シリコン基板４０に向かってｐ型不純物（ボロンイ
オン）を注入してベース領域となるｐ型拡散層４９を形
成する。次いで、ＣＶＤ法でＳ　ｉ　Ｏ，膜４７を成長
させた後、窓用のマスクを重ねてエツチングによりＳｉ
ｎｇ膜４７に窓部４８を形成する。このとき、ベース領
域はｐ型拡散層４９に加えてその前の工程でｎ型シリコ
ン基板４０に拡散しているｐ型拡散層４６をも含めたも
のとなる。さらに、その上にエミッタ領域となるための
ポリシリコン５０をパターニングし、エミッタとなる部
分にひ素を注入後、熱処理してエミッタ電極をつくる。

これにより、ｎ型シリコン基板４０をコレクタとしてＷ
Ｅ槽構造ｎｐｎ）ランジスタがつくられる。

このように、本実施例ではベース領域となる通常のボロ
ン注入に先立ち、パッド酸化膜４１．５１Ｎ４膜４２、
ポリシリコン４３によって選択酸化を行う段階でＢ　Ｓ
　Ｇ４４の一部がｎ型シリコン基板４０内に拡散し、こ
れがベース領域の一部となり、かつこの拡散部分がフィ
ールド酸化膜４５のバーズビーク４５ａ付近に形成され
る。したがって、第１図（ｅ）に示す工程で仮りにオー
バエツチング気味の処理が行われ、バーズビーク４５ａ
の部分が削り取られたとしても、ｎ型シリコン基板４０
にｐ型拡散層４６が形成されているため、エミッタとコ
レクタが直接的にリークするという事態を避けることが
できる。その結果、ＷＥ槽構造バイポーラトランジスタ
を集積化する際の歩留まりを格段と向上させることがで
きる。

なお、ｎ型シリコン基板４０におけるｐ型拡散層４６の
拡散程度は、パッド酸化膜４１の後退量、酸化条件等を
適切に設定することによりコントロール可能であり、こ
れによりボロンのドーピング量を最適にコントロールで
きる。

また、上記実施例はｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ
をつくる例であるが、ｐｎｐ型のバイポーラトランジス
タであっても同様の思想に基づけばＣ−Ｅリークを招く
ことなく、品質の良いものをつくることができる。

〔効　果〕

本発明によれば、選択酸化のマスクパターンである酸化
膜の端部に不純物を有する補償拡散源を形成し、選択酸
化によりフィールド酸化膜を形成するときそのバーズビ
ーク周辺の基板に前記不純物を拡散してベース領域の一
部としているので、仮りにフィールド酸化膜のオーバエ
ツチングが行われても前記ベース領域を介在させること
で、Ｃ−Ｅリークを避けることができ、バイポーラトラ
ンジスタを製造するときの歩留まりを向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理図、 第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る半導体装置の製造
方法の一実施例を示すそのプロセス図、第３図は従来の
バイポーラトランジスタの要部平面図、 第４図は第３図のＡ−Ａ　’矢視断面図、第５図は第３
図Ｂ−Ｂ　’の矢視断面図、第６図は従来のＷＥ槽構造
バイポーラトランジスタを示す図、 第７図（ａ）〜（Ｃ）は従来のＷＥ槽構造バイポーラト
ランジスタの製造プロセスの一部を示す図である。 ４０・・・・・・ｎ型シリコン基板、 ４１・・・・・・パッド酸化膜、 ４２・・・・・・Ｓ　＝　３　Ｎ　ａ、４３・・・・・
・ポリシリコン、 ４３ａ・・・・・・ポリ酸化膜、 ４４・・・・・・ＢＳＧ　（補償拡散源）、４５・・・
・・・フィールド酸化膜、 ４５ａ・・・・・・バーズビーク、 ４６・・・・・・ｐ型拡散層、 ４７・・・・・・ＳｉＯ□膜、 ４８・・・・・・窓部、 ４９・・・・・・ｐ型拡散層。 本発明の原理図 第１図 一〇 従来のパイボーラトランノスタの要部平面図第３図 第３図のＡ−Ａ’矢視断面図 第４図 第３図のＢ−Ｂ’矢視断面図 第５図 クク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　一導電型半導体層上のベース対応領域に、 その端部にあっては反対導電型の不純物を含有する補償
   拡散源を備える耐酸化マスクを形成する工程と、 該耐酸化マスクを利用した熱酸化によって、該半導体層
   の露出部分を選択的に酸化してフィールド酸化膜を形成
   すると共に、該補償拡散源の不純物を該フィールド酸化
   膜端部周辺の該半導体層に拡散して、反対導電型の補償
   領域を形成する工程と、 該耐酸化マスクを除去し、露出した該半導体層に反対導
   電型の不純物を導入してベース領域を形成する工程と、 該ベース領域中に一導電型の不純物を導入してエミッタ
   領域を形成する工程とが含まれてなることを特徴とする
   半導体装置の製造方法。