JPH01112771A - バイポーラトランジスタの製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （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かかり
、特にベース領域とエミッタ領域を自己整合的に形成す
る高性能バイポーラトランジスタの製造方法に関する。

（従来の技術） 高性能シリコンバイポーラトランジスタ装置はコンピュ
ータなどに用いられる高速演算用のプロセッサ、メモリ
ー等のディジタル回路用素子としてはもちろん、オペア
ンプ、コンパレータ等のアナログ回路用素子、そしてデ
ィジタル／アナログ混載のＤＡ／Ａｎコンバータとして
も広く用いられている。そして、最近はベース領域とエ
ミッタ領域を自己整合技術を用いて形成する方法が幾つ
か提案されてきている。ここに代表的な従来技術を記載
し、その問題点等を明らかにする。

第２図（ａ）〜（ｄ）は−従来例の製造工程である。

ｐ型Ｓｉ基板１０１にｎ＋型埋め込み層１０２を介して
エピタキシャル層１０３を形成したウェハを用いている
。

このウェハの素子分離にはチャンネルストッパとなるρ
型層１０４が形成され、また選択酸化による酸化膜１０
５が形成される。このウェハの素子領域全面に薄い酸化
膜を形成した後、全面に耐酸化性膜である窒化シリコン
膜１０７を堆積し、続いて第１の多結晶シリコン膜１０
８を堆積する。第１の多結晶シリコン膜１０８のうち素
子分離領域の部分を熱酸化により酸化膜１０９に変える
１次に第１の多結晶シリコン膜１０８にボロンをイオン
注入により添加し、フォトエツチングによりエミッタ形
成領域上の第１の多結晶シリコン膜１０８をエツチング
して開口部１２０を設ける（第２図（ａ））、その後酸
化することによって多結晶シリコンの表面に酸化膜１１
０を形成し、この酸化膜１１０をマスクとして開口部の
窒化シリコン膜１０７を加熱リン酸水溶液でエツチング
除去する。そして、露出した酸化膜１０６を弗化アンモ
ニウム水溶液でエツチング除去してウェハ面を露出する
。このとき開口部の窒化シリコン膜１０７のエツチング
を意図的にオーバーエツチングすることによって、オー
バーハング部分１１１を形成し、第１の多結晶シリコン
膜１０８の一部分を露出させる（第２図（ｂ））。次い
で第２の多結晶シリコン膜１１２を全面に堆積してオー
バーハング部分１１１の下の空洞部分を埋め込み、その
後、前記第２の多結晶シリコン膜１１２をエツチングし
て酸化膜１１０および開口部分のウェハ面を露出させる
（第２図（Ｃ））。続いて露出させたウェハ表面および
多結晶シリコン膜の側面に熱酸化膜１１３を形成する。

このとき、第１の多結晶シリコン膜１０８に予めドープ
しておいたボロンを、オーバーハング部分１１１の第２
の多結晶シリコンを介してウェハに拡散させ、ｐ型の外
部ベース層１１４を形成する。この後、ボロンのイオン
注入によりｐ型の内部ベース層１１５を形成する。次い
でＣＶＤ絶縁膜１１６と第３の多結晶シリコン膜１１７
を順次堆積し、非等方性エツチングによってこれらをエ
ツチングして開口部側壁にのみ残し、第３の多結晶シリ
コン膜１１７をエツチングマスクとして開口部ウェハ表
面の酸化膜を除去する。そして、高濃度に砒素をドープ
した第４の多結晶シリコン膜１１８を堆積させて、熱処
理により砒素を拡散させてエミッタ層１１９を形成して
いる（第２図（ｄ））。第１、第２の多結晶シリコン膜
１０８．１１２はベース電極として、第４の多結晶シリ
コン膜１１８はエミッタ電極として用いられている。

この方法によるとエミッタ・ベースが自己整合的に形成
されしかもエミッタ拡散の開口部が〜０．３５μｍ、エ
ミッタ開ロ部〜ベース開口部が０．２５μｍ、ベース開
口部が０．３５μｍと非常に微細な構造が可能となる。

しかしこの様な方法で形成されたバイポーラトランジス
タでは、第１の多結晶シリコン上の酸化膜（第２図（ｄ
）の１１１）に比べて、第２の多結晶シリコン上の酸化
膜１１３が非常に薄いため、そのままエミッタの開口を
行なうと外部ベース領域とエミッタ領域の高濃度なｐｎ
接合が形成されてしまう。また、エミッタ／ベース間の
寄生容猷も非常に大きくなってしまうことが予想される
。

それを避けるためには、ＣＶＤ膜および第３の多結晶シ
リコン膜によってエミッタ開ロ部〜ベース開口部の距離
を意図的に離してやることが必要である。

第３図（ａ）〜（ｆ）は別の従来例の製造工程の断面図
である。第３図（ａ）に示すようにｐ型Ｓｉ基板２０１
にｎ型埋め込み層２０２を介してコレクタ層となるｎ型
エピタキシャル層２０３を形成したウェハの素子分離領
域およびベース、エミッタ領域とコレクタ・コンタクト
領域の分離領域にまず溝を形成し、選択酸化法によりこ
の溝に素子分離用酸化膜２０４および電極分離用酸化膜
２０５を形成する。こうして素子分離されたウェハ全面
に熱酸化により酸化膜２０６を形成し、次いで耐酸化性
絶縁膜として窒化シリコン膜２０７を堆積する。続いて
この上にＣＶＤ酸化膜２０８を堆積する（第３図（ａ）
）。この後フォトエツチングによってＣＶＤ酸化膜２０
８をパターニングし、全面に第１の導体膜として第１層
多結晶シリコン膜２０９を堆積する。この後、フォトレ
ジスト２１０を凹部に埋め込み（第３図（ｂ））、これ
をマスクとして第１層多結晶シリコン膜２０９をエツチ
ングする。ＣＶＤ酸化膜２０８が露出した後はフォトレ
ジスト２１０と同時にこれもマスクとして用い、さらに
第１層多結晶シリコン２０９をエツチングし、フォトレ
ジスト２１０の下にのみ第１層多結晶シリコン２０９が
残るようにする。ＣＶＤ酸化膜２０８とフォトレジスト
２１０の間に露出した窒化シリコン膜２０７およびその
下の酸化膜２０６はこれらＣＶＤ酸化膜２０８とフォト
レジスト２１０をマスクとして非等方性のエツチングを
施すことによってシリコン基板面を露出する（第３図（
Ｃ））。この後フォトレジスト２１０を除去し、全面に
第２の導体膜として第２層多結晶シリコン膜２１１を堆
積する。ついでこの多結晶シリコン膜２１１のエッチバ
ックを行なって、これをＣＶＤ酸化膜２０８の表面が露
出する状態にする（第３図（ｄ））。この後、ボロンの
イオン注入を行なって、第２層および第１層多結晶シリ
コン膜にボロンをドープする。そしてフォトレジストを
マスクとしてエミッタ上のＣＶＤ酸化膜２０８のみを選
択的にエツチングして、内部ベース形成用の第二の開口
部を形成する。そして、露出した窒化シリコン膜２０７
をマスクとして熱酸化を行ない、第１層および第２層多
結晶シリコンの表面に酸化膜２１３を形成し、また、外
部ベース層２１２が形成される（第３図（ｅ））。この
後熱酸化工程でマスクとして用いた窒化シリコン＄２０
７を除去し、下地の酸化膜２０６をエツチング除去する
ことによってシリコン基板を露出させ、新たに非常に薄
い酸化膜を形成し、その酸化膜の上からボロンをイオン
注入することによって内部ベース層２１４を形成する０
次いでこの酸化膜をエツチング除去し、第３の導体膜と
じて第３層多結晶シリコン膜２１５を堆積させる。この
第３層多結晶シリコンに砒素をドープして熱処理を行な
うことによってエミッタ層２１６を形成する（第３図（
ｆ））。

この方法によるとエミッタ・ベースが自己整合的に形成
され、エミッタ拡散の開口部、エミッタ開ロ部〜ベース
開口部の長さ、ベース開口部ともに前記従来例と同様に
非常に微細な構造が可能となる。しかし、上記のような
方法で形成したバイポーラトランジスタでも、ベース電
極となる第２層多結晶シリコン２１１と酸化時のマスク
となる窒化シリコン膜２０７は直接接触しているため、
ベース・ポリシリコンを酸化させると窒化シリコン膜２
０７と接触している部分からバーズビークが突出し多結
晶シリコン上の酸化シリコン膜は非常に薄くなり、外部
ベース領域とエミッタ領域距離が十分に取れない。その
ためにエミッタ開口部から拡散された高濃度の第１導電
型の不純物と、ベース開口部から拡散された高濃度の第
２導電型の不純物とがｐｎ接合を形成するために接合耐
圧の劣化、接合容量の増加等、高速動作にとって悪い結
果となってしまう。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来の高性能自己整合型バイポーラトラン
ジスタにおいては、エミッタ・ベース間の距離を適度に
保つことが難しく、そのために従来例に見られるように
多結晶シリコンを用いた側壁を形成するなどの方法が取
られるのが常であった。しかし、この様な方法は単に工
程数を増加させることによって工程を複雑にするばかり
でなく、再現性、均−制の面から考えても十分に安定な
性能を引き出すには不十分であった。

本発明はこの様な問題を解決したバイポーラトランジス
タの製造方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の方法は、第１導電型のコレクタ層を有する半導
体ウェハ上に順次積層して第１の絶縁膜、第１の耐酸化
性膜を形成し、次いで第２の絶縁膜を堆積し、パターニ
ングしてエミッタ領域を含む領域に残し、さらに下地の
耐酸化性膜を第２の絶縁膜をエツチングマスクとしてエ
ツチングし、第１のマスク材料を堆積しさらにベース電
極の一部となる第１の導体膜を堆積する。そして、その
表面凹部に第２のマスク材料膜を埋め込み形成し。

第１、第２のマスク材料膜で挟まれた領域に外部ベース
層を形成するための開口を形成する。第２のマスク材料
膜を除去した後、前記第１の開口内にベース電極の一部
となる第２の導体膜を埋め込み形成して、第１のマスク
材料膜、第２の絶縁膜を除去して内部ベース層形成用の
第２の開口を設けた後、第１、第２の導体膜表面に熱酸
化膜を形成すると同時に第２の導電型の外部ベース層を
形成する。次いで、前記第２の開口領域のウェハ表面を
露出させ、ここに不純物をドープして第２導電型の内部
ベース層を形成した後、エミッタ電極の一部となる第３
の導体膜の不純物をウェハに拡散させて、第１導電型の
エミッタ層を形成する。

（作　用） 本発明の方法によれば、第１、第２の導体膜の表面を酸
化する前に除去した第１のマスク材料の厚さ分だけ、第
１、第２の導体膜と酸化時のマスクになる窒化膜との間
隔を離せるので、酸化後の酸化膜厚は薄くなることがな
い、これにより、エミッタ開口部とベース開口部の間の
距離は狭まることがなく、十分な余裕を取ることができ
るので、接合耐圧の劣化等の悪影響が生じない。

（実施例） 以下、この発明の一実施例につき図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ）〜（ｈ）は一実施例のバイポーラトランジ
スタの製造工程を工程順に示すいずれも断面図である。

この実施例では第１図に示すようにｐ型Ｓｉ基板１１に
ｎ＋型埋め込み層１２を介してｎ型エピタキシャル層１
３を形成したウェハが用いられている。このようなウェ
ハの素子分離領域およびエミッタ・ベース領域とコレク
タ・クンタクトの領域の分離領域に先ず溝を形成し選択
酸化法によりこの溝に素子分離用酸化膜１４および電極
間分離用酸化膜１５を形成する。このように素子分離さ
れたウェハの素子領域に熱酸化により約５００人の酸化
膜１６を形成し、続いて約１５００サイ度の窒化シリコ
ン膜１７を堆積し、さらにその上に約６０００サイ度の
ＣＶＤ酸化膜１８を堆積させる（第１図（ａ））。次い
で、フォトエツチング法により前記ＣＶＤ酸化膜１８を
パターニングして、そのＣＶＤ酸化膜１８をマスクとし
て下地の窒化シリコン膜を１７をパターニングし、全面
に約３０００サイ度のＣＶＤ酸化膜１９、多結晶シリコ
ン膜２０、フォトレジスト２１を堆積しフォトレジスト
をプラズマエツチングを用いてエッチバックし表面の凹
部に埋め込む（第１図（ｂ））。このフォトレジストを
エツチングマスクとして多結晶シリコン膜２０をエツチ
ングし、ＣＶＤ酸化膜１９が露出したならばそれをもエ
ツチングマスクとして、多結晶シリコン膜を下地の酸化
膜１６が露出するまでエツチングする（第１図（Ｃ））
。その後、第２の多結晶シリコン膜２２を全体に堆積さ
せエッチバックすることによりベース電極を埋め込むこ
とができる（第１図（ｄ））。続いてフォトレジストを
エツチングマスクとしてエミッタ領域のＣＶＤ酸化膜１
９と１８をエツチングする（第１図（ｅ））。次に前記
第１および第２の多結晶シリコン膜２０．２２の表面を
酸化することによって酸化膜２３を形成し、エミッタ領
域とベース領域の形成予定域を分離しかつ、多結晶シリ
コン膜中のボロンがｎ型エピタキシャル層１３に拡散し
て外部ベース領域２４ａが形成される（第１図（ｆ））
。

このとき酸化のマスクとなるエミッタ領域上の窒化シリ
コン膜１７と被酸化物質である第１または第２の多結晶
シリコン膜２０．２３との間隔（Ｓ）（第１図（ｅ））
が十分量いているため、基板近くでの酸化膜厚の減少が
おさえられている。

次シこ、エミッタ層形成予定域上の窒化シリコン膜１７
をエツチング除去し、内部ベースの不純物であるボロン
のイオン注入を行なう前記外部ベース層２４ａに連接さ
せて内部ベース層２４ｂを形成する（第１図ｇ）。

次に、エミッタ層を形成予定域上の酸化シリコン膜１６
をエツチング除去したのち、第３の多結晶シリコン膜２
５を堆積させ、これに砒素をドープして熱処理を施して
エミッタ層２６が形成される（第１図ｈ）。

〔発明の効果〕

以上述べたような本発明によって、エミッタ層とベース
層を完全に自己整合により形成したバイポーラトランジ
スタにおける一つの問題点であった、ベース多結晶シリ
コンとエミッタ多結晶シリコンの間を分離する酸化膜の
厚さを十分にとることが可能となった。この発明により
エミッタ拡散層と外部ベース拡散層の高濃度領域どうし
の接合が避けられるため接合耐圧が十分にとれ、さらに
ベース・エミッタ間の酸化膜容量、エミッタ拡散層と外
部ベース拡散層との接合容量を十分に減らすことが可能
となり非常に高周波特性の優れたバイポーラトランジス
タの製造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｈ）は本発明の一実施例のバイポーラ
トランジスタの製造工程を工程順に示すいずれも断面図
、第２図（ａ）〜（ｄ）は従来のバイポーラトランジス
タの製造工程を工程順に示すいずれも断面図、第３図（
ａ）〜（ｆ）は他の従来のバイポーラトランジスタの製
造工程を工程順に示すいずれも断面図である。 １１・・・・・・・・・・・・・・・ｐ型Ｓｉ基板１２
・・・・・・・・・・・・・・・ｎ＋型埋め込み層１３
・・・・・・・・・・・・・・・ｎ型エピタキシャル層
１６、２３・・・・・・・・・酸化膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型のコレクタ層を有する半導体ウェハ上
   に第１の絶縁膜を形成したのち、さらに第１の耐酸化性
   膜、第２の絶縁膜を順次積層形成する工程と、前記第２
   の絶縁膜をパターニングしてエミッタ領域形成予定域を
   含む領域にこの絶縁膜を残す工程と、前記第２の絶縁膜
   をエッチングマスクとして前記第１の耐酸化性膜をパタ
   ーニングする工程と、ウェハ全面に第１のマスク材料膜
   を堆積する工程と、ウェハ全面にベース電極の一部とな
   る第１の導体膜を堆積する工程と、前記第１の導体膜表
   面の凹部に第２のマスク材料膜を埋め込み形成する工程
   と、前記第１および第２のマスク材料膜をエッチングマ
   スクとして前記第１の導体膜をエッチングし、前記第１
   、第２のマスク材料膜で挟まれた領域に外部ベース層形
   成用の第１開口を形成する工程と、前記第２のマスク材
   料膜を除去した後、前記第１の開口内にベース電極の一
   部となる第２の導体膜を選択的に埋め込み形成する工程
   と、前記第１のマスク材料膜と第２の絶縁膜とを除去し
   て内部ベース形成用の第２の開口を形成した後、前記第
   １および第２の導体膜の表面に熱酸化膜を形成すると同
   時に、前記第２の導体膜に予めドープされていた不純物
   を前記コレクタ層に拡散させて第２導電型の外部ベース
   層を形成する工程と、前記第２の開口領域のウェハ表面
   に不純物をドープして第２導電型の内部ベース層を形成
   する工程と、前記内部ベース層が形成された第２開口領
   域のウェハ表面を露出させ、エミッタ電極の一部となる
   第３の導体膜を堆積する工程と、前記第３の導体膜を介
   して不純物をウェハに拡散させて第１導電型のエミッタ
   層を形成する工程とを有する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. （２）第１のマスク材料膜はＣＶＤ絶縁膜であり、前記
   第２のマスク材料はフォトレジストである特許請求の範
   囲第１項記載のバイポーラトランジスタの製造方法。
3. （３）第１ないし第３の導体膜は多結晶シリコンである
   特許請求の範囲第１項記載のバイポーラトランジスタの
   製造方法。
4. （４）第１の耐酸化性膜は窒化シリコンである特許請求
   の範囲第１項記載のバイポーラトランジスタの製造方法
   。
5. （５）内部ベース層の形成は前記第３の導体膜を形成す
   る以前にイオン注入により形成する特許請求の範囲第１
   項記載のバイポーラトランジスタの製造方法。