JPH01291424A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 （１要〕 半導体装置、特にｐ型不純物を固相拡散により形成され
たｐｎ接合構造に関し、 Ｇａイオンをドープした熱酸化膜による拡散によらずに
浅い接合深さを有するｐ型拡散領域を形成することを目
的とし、 Ｓｉ基板上に化学気相成長法によりＳｉＯ□膜（ＣＶＤ
ＳｉＯ２ｔｌ！ｉりを堆積すル工程と、前記ＣＶ　ＤＳ
ｉＯ，膜にＧａイオンを導入する工程と、熱拡散により
前記ＣＶ　Ｄ　５ｉＯｉ膜から前記Ｓｉ基板内にＧａイ
オンを導入する工程によって形成されるｐ型拡散領域を
有することを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置およびその製造方法に関するもので
あり、更に詳しく言えば浅いｐ型拡散領域とその形成方
法、特にバイポーラトランジスタのベース領域の構造と
形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第４．５図は従来例に係る説明図である。

第４図は従来例の半導体製造方法によるバイポーラトラ
ンジスタの構造図を示している。

図において、１はｎ型Ｓｉ基板、２はフィールド絶縁膜
、３は５ｔＪ４膜、４．６はＳｉＯ□膜、５は不純物を
含有するポリＳｉ膜により形成されたベース引出電極、
７は内、外部ベースを形成するｐ１拡散領域、８はｎ＋
拡散層、９はエミッタ電極であり、不図示のコレクタ電
極を含めてｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを構成す
る。

第５図は従来例の半導体装置の製造方法に係る課題を説
明する図であり、ｐ９不純物拡散領域を形成する状態を
示している。

図において、外部ベース領域７ａと内部ベース領域７ｂ
とにより構成されるｐ゛不純物拡散領域７は、不純物を
含有するポリ５ｉｔｌ１２５と、エミッタ形成領域とな
るｎ型ｓｔｙ板１とに、熱酸化膜である５ｉＯｚ膜６と
１１とを介して、イオン注入法によりＢ゛イオン１０注
入し、その後熱処理（アニール）して形成される。また
、外部ベース領域７ａは、アニールにより自己整合的に
、内部ベース領域７ｂは、アニールによりＢ１イオン注
入領域が活性化されてそれぞれ形成される。なお、ｎｐ
ｎ型バイポーラトランジスタのベース拡ＭＬＪ域はトラ
ンジスタ動作を高速化するために浅い不純物拡散領域を
必要とする。

しかし、Ｂ゛イオン注入法による従来の方法では内部ベ
ース領域７ｂとなる不純物拡散領域の深さがＳｉＯ□膜
１１膜厚１や熱処理条件等のばらつきの影響を受け、浅
いベース拡散領域を再現性よくつくることが困難であっ
た。

〔発明が解決しようとする課題］ そこで従来例の５ｉ０２膜１１を介してｎ型Ｓｉ基板１
にＢ°イオンを注入するＢ゛イオン注入法に変えて、Ｂ
０イオンよりも質量の重いＧａ’　イオンを注入して浅
いｐｎ接合を形成するＧａ”イオン注入法が検討されて
いる。

このＧａ”イオン注入法は熱酸化膜（Ｓ　ｉ　Ｏｚ　Ｈ
）１１中にＧａゝイオンをドープし、熱拡散によってｎ
型Ｓｉ基板１に内部ベース領域７ｂを自己整合的に形成
するものである。

しかし、Ｇａ＋イオンの熱酸化膜１１巾における拡散係
数が速いために低温による短時間の熱処理をして、拡散
速度を低下させるがｎ型Ｓｉｉ板１に多量のＧａ”イオ
ンが拡散され、浅いｐｎ整合を再現性良く形成すること
ができないという課題がある。

本発明は、かかる従来例の課題に鑑み創作されたもので
あり、Ｇａ＋イオンをドープした熱酸化膜による拡散に
よらずに浅い接合深さを有するＰ型拡散領域を形成する
ことを可能とする半導体装置及びその製造方法の提供を
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置及びその製造方法は、その実施例を
第１〜３図に示すように、その製造原理を、シリコン（
Ｓｉ　）基板上に化学気相成長法により二酸化シリコン
（ＳｉＯ□）膜を堆積する工程と、前記ＣＶ　Ｄ　５ｔ
ｏｚｌ１９にガリウム（Ｇａ　）イオンを導入する工程
と、熱拡散により前記ＣＶ　ＤＳｉＯ□膜から前記Ｓｉ
基板内にＧａイオンを導入する工程によってｐ型拡散領
域を形成することを特徴とし、その装置を素子分離帯に
より画定される一導電型の半導体基板に、ｐ型拡散領域
と、ｎ型拡散領域とを具備し、ベース拡散領域が、請求
項１項記載の半導体装置の製造方法により形成されたｐ
型拡散領域であることを特徴とし、 その製造方法を素子分離帯により画定されるＳｉ基板上
に、５ｉＯ１膜と窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎｍ　）膜とを
順次形成し、ついでこの上に選択的に開口部を有する第
１の多結晶Ｓｉ膜を形成する工程と、その後、熱処理を
して前記多結晶Ｓｉ膜の上に絶縁膜を形成し、その後前
記５ｉｓＮａ　ｒｆＡと前記ＳｉＯ２膜を除去して、前
記Ｓｉ基板を露出する開口部を形成する工程と、 前記開口部に第２の多結晶Ｓｉ膜を充填し、しかる後、
Ｓｉ基板が露出するまで前記第２の多結晶Ｓｉ膜を除去
する工程と、 前記露出したＳｉ基板面を覆うＣＶ　ＤＳｉＯ，膜を形
成し、前記ＣＶＤ５ｉＯ□膜にＧａイオンを導入する工
程と、 その後熱処理をして、前記Ｓｉ基板内にＧａイオンを導
入し、Ｐ型ベース拡散領域を形成する工程と、前記Ｓｉ
基板の全面に多結晶Ｓｉを堆積した後、異方性エツチン
グによって前記開口部の段差部に多結晶Ｓｉの側壁を形
成する工程と、 前記ＣＶ　ＤＳｉＯｚ膜を除去し、前記ｐ型ベース拡散
領域を露出する開口部を形成する工程と、前記開口部を
覆うようにｎ型の不純物を含む多結晶Ｓｉ膜を形成する
工程と、 前記多結晶Ｓｉ膜からのｎ型不純物の拡散により、ｎ型
エミッタ拡散領域を形成する工程を有することを特徴と
し、上記目的を達成する。

〔作用〕 本発明によればｐ型ベース拡散領域はＧａイオンをドー
プされたＣ　Ｖ　ＤＳｉＯ２膜の熱処理をすることによ
り形成される。

本発明の発明者の実験結果によると、ＧａイオンのＣＶ
Ｄ５ｉ（ｈ中の拡散係数は熱酸化膜中の拡散係数よりも
遅いので、従来の熱酸化膜にかえてＣｖＤＳｉ０２膜を
用いることにより、半導体基板に拡散するＧａ量を再現
性良く制御することが可能となり、浅いｐｎ接合を形成
することができる。

本発明により、例えばベース拡散領域を形成すると、従
来の方法、例えば、ＢやＧａのイオン注入法、によって
形成される拡散領域よりも飛躍的に浅い接合深さを有す
るベース拡散領域を形成することができる。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明する
。

第１〜４図は本発明の実施例の半導体装置及びその製造
方法を説明す゛る図であり、第１図は本発明の実施例に
係るｎｐｎ型バイポーラトランジスタの構造図を示して
いる。

図において、２１はｎ型Ｓｉ基板、２２は−っのバイポ
ーラトランジスタの形成領域を画定するフィールド絶縁
膜、２２ａは絶縁膜、２４，２７゜３０はＳｉＯ□膜、
２３．３１はＳｉ３Ｎ４膜である。

また、２５ａはベース引出電極であり、不純物イオンを
含存するポリ５ｉｌ１２５等により形成される電極であ
る。なお、３３ａはベース拡散領域であり、外部ベース
？ｉＩ域、内部ベース領域とにより形成される。また内
部ベース領域３４は、５ｉＪ４Ｗｉ３１とＣＶＤ法によ
る５ｔｏｉｒ９．３０とを介しテｎ型Ｓｉ基板２１にＧ
ａ＋イオンが注入され、その後熱拡散処理がされて、自
己整合的に形成される拡散層である。

なお、３８はエミッタ領域を形成するｎ゛拡散層、３７
ａはエミッタ電極である。

これ等と不図示のコレクタ電橋を含めてＳＳＴ構造を有
するバイポーラトランジスタを構成する。

第２図は本発明の実施例に係るバイポーラトランジスタ
の形成工程図である。

まずｎ型Ｓｉ基板２１に一つのｎｐｎ型トランジスタの
形成領域を画定するフィールド絶縁膜２２を例えばＬＯ
ＣＯ３法により形成し、その後全面に熱酸化膜２２ａお
よび耐熱酸化性の絶縁膜として、５ｉＪｎ膜２３と、素
子絶縁をする５ｉ０２膜２４と、ベース引出し電極２５
ａとなるｐ型不純物を含有するポリＳｉ膜２５とを形成
し、その後レジストをマスクにして、ポリＳｉ膜２５を
選択的に除去して開口部２６を設け、エミッタの引出領
域を形成する（同図（ａ））。

次にｐ型不純物を含有するポリＳｉ膜２５を熱酸化して
、その表面にＳｉＯ□膜２７膜形７する。その後５ｉＪ
４膜２３と絶縁膜２２ａを選択的に除去し、ｎ型Ｓｉ基
板２１とポリＳｉ膜２５との間に開口部２８を形成する
。なお、Ｓｉ３Ｎ、膜２３の除去にはリン酸の水溶液に
よる等方性エンチング、絶縁膜２２ａのＳｉＯ□膜の除
去にはフッ酸の水溶液による等方性エツチングをそれぞ
れ行なう（同図（ｂ））。

次いで、開口部２８を低圧ＣＶＤ法等によるポリＳｉ膜
２９により埋め戻し電気的に接合する。なお、開口部２
８以外に成長したポリＳｉ膜２９はＲＩＥ法等の異方性
エツチングにより除去しエミッタ形成領域のｎ型Ｓｉ基
板２１を露出する（同図（Ｃ））。

次にｎ型Ｓｉ基板２１の全面に膜厚１０００　（入〕程
度のＣＶＤ酸化膜（ＳｉＯ２膜）と膜厚３００　（入］
程度のＳｉ　３Ｎ、膜３１とを順次積層して形成する。

なお、Ｓｉ３Ｎ、膜３１は、後の熱処理におけるＧａ”
イオンのアウトデイヒユージョンを防止する膜であり、
無くても良い。その後Ｇａ”イオン３２をＳｉ３Ｎ４膜
３１を介してＣＶＤ酸化膜３ｏに大半が留まるように注
入する。なお、Ｇａ’　イオン３５の注入条件は、例え
ば注入エネルギーを１００Ｋｅ■、ドーズ量を３　Ｘ　
１０−”　ｃｍ−”とする（同図（ｄ））。

その後、ｎ型Ｓｉ基板２１を熱処理（アニール）する。

その熱処理条件は、加熱温度を９００°Ｃ１熱処理時間
を３０分及びｏ２雰囲気とする。この熱処理により、自
己整合的にポリＳｉ膜２５よりＧａ”イオンがｎ型Ｓｉ
基板２１に拡散して、Ｐ型の外部ベース領域３３が形成
され、ＣＶＤ酸化膜３０よりＧａ”イオンがｎ型Ｓｉ基
板２１に拡散してＰ型の内部ベース領域３４が形成され
る。なお内部ベース領域３４の拡散層の深さは５００〔
人〕程度となる。

これにより、浅いｐｎ接合を形成することが可能となる
。なおＣＶＤ酸化膜と熱酸化膜とにＧａ”イオンを注入
し、熱処理して拡散層の深さを比較する実験例を後述す
る（同図（ｅ））。

次いで、全面に低圧ＣＶＤ法等によるポリＳｉ膜３５を
形成し、ＲＩＥ法等により異方性エツチングをし、エミ
ック形成領域の開口部２６に保護＋１９としてサイドウ
オール（ポリＳｉ膜の側壁３５）を形成スる。その後レ
ジストをマスクにしてＲＩＥ法等により５ｔＪｓ　ｅ　
３１　（！：　ＣＶ　Ｄ酸化膜３ｏとを選択的に除去し
、内部ベース領域３４を露出する開口部３６を形成する
（同図（ｆ））。

次に、低圧ＣＶＤ法によるｎ型不純物を含有するｎ°ポ
リＳｉ膜３７を前記開口部３６を覆うようにＳｉ基板２
１の全面に成長して、その後公知のりソグラフィ技術等
によりパターニングしエミッタ引出電極を形成する。な
苔、ノンドープのポリＳｉ膜をｎ型Ｓｉ基板２１の全面
に成長し、その後、ｎ型の不純物をイオン注入法により
ドーピングしても良い。ついでＳｉ基板２１を熱処理す
ることにより、ポリＳｉ膜３７からｎ型不純物が拡散し
てｎ゛拡散層３８が自己整合的に形成され、エミッタ領
域が形成される（同図（ｇ））。

なお、不図示のコレクタ領域も能動領域と併行して形成
され、ベース引出し電極のコンタクトホール形成工程と
共にコレクタ電極コンタクトホールを形成する。

これ等の形成工程によりｎｐｎ型のバイポーラトランジ
スタを製造することができる。

第３図は本発明の実施例の半導体装置の製造方法に係る
実験プロセスフローであり、ＣＶＤ酸化膜と熱酸化膜と
にＧａ”イオンを注入し、熱処理して拡散層の深さを比
較する実験例を説明する図である。

図において、まず抵抗率１０〔Ωｍ〕、面方位（１００
）のｎ型Ｓｉ基板（ＣＺ−ｎ　−３ｉ　（１００）１０
０ｍ）のサンプルを熱処理条件として、加熱温度を１１
００（”Ｃ）、乾燥酸素雰囲気中において、膜厚３００
０　（入）程度の熱ＳｉＯ□膜を成長し、これをサンプ
ル１とする。同様にＣＺ−ｎ−５ｉ（１００）１００ｍ
のサンプルを気相成長条件として処理温度を８００℃、
５ｉｎｓガス気相反応法により膜ＪＩＪ、３０００．Ｃ
人〕程度ノＣＶＤ５ｉＯｔＷｉヲ成長し、これをサンプ
ル２とする。

次に、両サンプル１，２上ニＣＶ　Ｄ　　５ｉｓＮ４膜
を膜厚３００〔人〕程度成長し、その後注入エネルギー
１００　（ＫｅＶ）、ドーズ量３　Ｘ　１０−”（ｃｍ
−”）のＧａ”イオンを両サンプル１．２のＣＶＤ　　
５ｉｚＮｎ膜を介して注入し、熱処理（９００℃、３０
分）を行なう。

その後、両サンプル１．２の熱Ｓｉ島膜及びＣＶＤ　　
５ｉｓＮ４膜を除去し、シート抵抗ρ１と拡散層の深さ
ｘｊを測定する。

その結果を下表に示す。

これにより、サンプル２のＣＶ　Ｄ　　５ｉＯｚ膜の拡
散層の深さＸｊ＝５０　（ｎｍ）がサンプル１の熱Ｓｉ
Ｏ２膜の拡散層の深さＸｊ−４２０（ｎｍｌに比べて、
１／８．４になり、はるかにサンプル２の方が浅いｐｎ
接合を得ることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ＣＶＤ絶縁膜を介
してＧａ”イオン熱拡散することにより浅いｐｎ接合を
再現性良（形成することができる。

このためｎｐｎ型バイポーラトランジスタ等のベース拡
散領域を極めて浅いｐｎ接合とすることができ、これに
よりトランジスタ動作の高速化を図ることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るｎｐｎ型バイポーラト
ランジスタの構造図、 第２図は、本発明の実施例に係るｎｐｎ型バイポーラト
ランジスタの形成工程図、 第３図は、本発明の実施例の半導体装置の製造方法に係
る実験プロセスフロー、 第４図は、従来例の半導体製造方法によるバイポーラト
ランジスタに係る構造図、 第５図は、従来例の半導体装置の製造方法に係る課題を
説明する図である。 （符号の説明） １．２１・ｎ型Ｓｉ基板（Ｓｉ基板）、２．２２・・・
フィールド絶縁膜（素子分離帯）、３．２３．３１・・
・５ｉＪｎ膜、 ４、　６．　２２　ａ、　　２４．．２１・・・５ｉＯ
ｚｎ’ｊ！　（素子絶縁膜）、 ５．２５ａ・・・ベース引出電極、 ２５．２９・・・ポリＳｉ膜（第１．２．３の多結晶Ｓ
ｉ膜）、 ３５・・・ポリＳｉ膜の側壁（多結晶Ｓｉの側壁）、７
．３３ａ・・・Ｐ゛不純物拡散領域（ベース拡散領域）
、 ８．３８・・・ｎ９拡散１！（ｎ型エミッタ拡散領域）
、９．３７ａ・・・エミッタ電極、 １０・・・Ｂ９イオン、 １１・・・熱ＳｉＯ□膜（熱酸化膜）、７ａ、３４・・
・内部ベース領域（ｐ型拡散領域又はベース拡散領域）
、 ７ｂ、３３・・・外部ベース領域、 ３０・・・ＣＶ　Ｄ　３１０ｗ膜、 ２６．２８．３６・・・開口部、 ３２・・・Ｇａ”イオン、 ３７・・・ｎ０ポリＳｉ膜（ｎ型の不純物を含を含む多
結晶Ｓｉ膜）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン（Ｓｉ）基板上に化学気相成長法により
   二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）膜を堆積する工程と、前
   記ＣＶＤＳｉＯ＿２膜にガリウム（Ｇａ）イオンを導入
   する工程と、熱拡散により前記ＣＶＤＳｉＯ＿２膜から
   前記Ｓｉ基板内にＧａイオンを導入する工程によってｐ
   型拡散領域を形成することを特徴とする半導体装置の製
   造方法。
2. （２）素子分離帯により画定される一導電型の半導体基
   板に、ｐ型拡散領域と、ｎ型拡散領域とを具備し、ベー
   ス拡散領域が、請求項１項記載の半導体装置の製造方法
   により形成されたｐ型拡散領域であることを特徴とする
   半導体装置。
3. （３）素子分離帯（２２）により画定されるＳｉ基板（
   ２１）上に、ＳｉＯ＿２膜（２２ａ）と窒化シリコン（
   Ｓｉ＿３Ｎ＿４）膜（２３）とを順次形成し、ついでこ
   の上に選択的に開口部（２６）を有する第１の多結晶Ｓ
   ｉ膜（２５）を形成する工程と、その後、熱処理をして
   前記多結晶Ｓｉ膜（２５）の上に絶縁膜（２７）を形成
   し、その後前記Ｓｉ＿３Ｎ＿４膜（２３）と前記ＳｉＯ
   ＿２膜（２２ａ）を除去して、前記Ｓｉ基板（２１）を
   露出する開口部（２８）を形成する工程と、 前記開口部（２８）に第２の多結晶Ｓｉ膜（２９）を充
   填し、しかる後、Ｓｉ基板（２１）が露出するまで前記
   第２の多結晶Ｓｉ膜（２９）を除去する工程と、 前記露出したＳｉ基板（２１）面を覆うＣＶＤＳｉＯ＿
   ２膜（３０）を形成し、前記ＣＶＤＳｉＯ＿２膜（３０
   ）にＧａイオン（３２）を導入する工程と、その後熱処
   理をして、前記Ｓｉ基板（２１）内にＧａイオン（３２
   ）を導入し、ｐ型ベース拡散領域（３４）を形成する工
   程と、 前記Ｓｉ基板（２１）の全面に多結晶Ｓｉを堆積した後
   、異方性エッチングによって前記開口部（２６）の段差
   部に多結晶Ｓｉの側壁（３５）を形成する工程と、 前記ＣＶＤＳｉＯ＿２膜（３０）を除去し、前記ｐ型ベ
   ース拡散領域（３４）を露出する開口部（３６）を形成
   する工程と、 前記開口部（３６）を覆うようにｎ型の不純物を含む多
   結晶Ｓｉ膜（３７）を形成する工程と、前記多結晶Ｓｉ
   膜（３７）からのｎ型不純物の拡散により、ｎ型エミッ
   タ拡散領域（３８）を形成する工程を有することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。