JPH021934A - バイポーラ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】 ［概要］ 単結晶シリコン層と多結晶シリコン層とを同時に成長す
る技術を利用したベース引出し電極形バイポーラ半導体
装置の製造方法に関し、ベース引出し電極の抵抗を低下
させ、しかも、ベース層を浅く形成して高速に動作させ
ることを目的とし、 一導電型半導体基板上に第１の絶縁膜および導電膜を形
成し、該第１の絶縁膜および導電膜を選択的に除去して
ベース層形成領域を開口する工程、次いで、前記ベース
層形成領域を含む全面に異種導電型シリコン膜を成長し
て、前記ベース層形成領域には異種導電型単結晶シリコ
ン膜からなるベース層を形成し、且つ、前記導電膜上に
は異種導電型多結晶シリコン膜からなるベース引出し電
極膜を形成する工程、 次いで、前記ベース層およびベース引出し電極膜上に第
２の絶縁膜を形成し、該第２の絶縁膜を選択的に開口し
てベース層に−４電型エミッタ層を形成する工程が含ま
れることを特徴とする。

［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、特に、単結晶シ
リコン層と多結晶シリコン層とを同時に成長するＳ　Ｐ
　Ｅ　Ｇ　（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｐｏ１ｙ−ａｎｄ　
Ｅｐｉｔａｘｉａｌ−ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｇｒｏｗｔｈ）
技術を用いたベース引出し電極形バイポーラ半導体装置
の製造方法に関する。

最近、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体装置は微細化して高速
化する方向に技術開発が進められており、バイポーラ半
導体装置においてもベース引出し電極形構造などが開発
されて、微細化、高密度化が図られている。しかし、そ
の製法は性能向上のために一層の検討が必要である。

［従来の技術］ 第２図は通常のバイポーラ半導体装置の断面図を示して
おり、ｌはｐ型シリコン基板、２はｎ＋型埋没層、３は
ｎ型コレクタ層、４は５ｉ０２　　（酸化シリコン）膜
からなるフィールド絶縁膜、５はｐ型ベース層、６はｎ
＋型エミッタ層、７はコレクタコンタクト電極、８はベ
ース電極、９はエミッタ電極である。

また、第３図は従来のベース引出し電極形バイポーラ半
導体装置の構造断面図を示しており、本例は数種類ある
ベース引出し電極形バイポーラ半導体装置のうち、単結
晶シリコン層と多結晶シリコン層とを同時に成長する５
ＰＥＧ技術を用いたベース引出し電極形バイポーラ半導
体装置の構造断面図である。図中の１１はｐ型シリコン
基板、１２はｎ＋型埋没層、　１３はｎ型コレクタ層、
　１４はｐ型ベース層、１５はドープド多結晶シリコン
膜からなるベース引出し電極、１６はｎ＋型エミッタ層
、１７はコレクタコンタクト電極、　１８はベース電極
、　１９はエミッタ電極、２０はその他の５ｉ０２膜で
ある。

このような５ＰＥＧ技術を利用した製法による構造は第
２図に示す構造に比べて浅いベース層を形成して高速化
する点で非常に有効なものである。

第４図（ａ）〜［ｅ）は第３図に示すベース引出し電極
形バイポーラ半導体装置の従来の製造方法の工程順断面
図を示しており、その概要を順を追って説明する。

第４図ｔａ）参照；ｐ型シリコン基板１１上にｎ＋型埋
没層１２を介してｎ型コレクタ層１３をエピタキシャル
成長し、そのｎ型コレクタ層１３上に熱酸化した５ｉ０
２膜２１（膜厚３００ｎｍ）を生成し、更に、リソグラ
フィ技術を用いて５ｉ０２膜２１のベース層形成領域を
開口する。なお、１２“はｎ＋型コレクタコンタクト領
域で、この領域は５ｉ０２膜２１の生成直前の工程で形
成される。

第４図（ｂｌ参照；次いで、開口したベース層形成領域
を含む５ｉ０２膜２１上にドープドシリコン膜（膜厚５
０〜１００　ｎｍ）を成長する。そうすると、５ｉ０２
膜２１上にはドープド多結晶シリコン膜１５が成長し、
開口部にはドープド単結晶シリコン膜１４が成長する。

なお、ドープする不純物は硼素（Ｂ）であって、そのｐ
型不純物の濃度は１０１ｇ／ｃａ程度にする。

第４図（Ｃ１参照；次いで、ドープドシリコン膜をリソ
グラフィ技術を用いてパターンニングし、ｐ型ベース層
となるドープド単結晶シリコン膜１４およびベース引出
し電極となるドープド多結晶シリコン膜１５部分を残存
させて、その他の部分のドープド多結晶シリコン膜をエ
ツチング除去し、更に、上面に化学気相成長（ＣＶＤ）
法によって５ｉ０２膜２２（膜厚３００ｎｍ）を被着す
る。

第４図（ｄ）参照；次いで、５ｉ０２膜２２のエミッタ
形成領域、コレクタコンタクト形成領域を開口して、Ｃ
ＶＤ法によって多結晶シリコン膜を被着し、その多結晶
シリコン膜に砒素（Ａｓ）　イオンを注入してへＳドー
プド多結晶シリコン膜２３とし、これをパターンニング
して開口部のエミッタ形成領域およびコレクタコンタク
ト電極形成領域にのみＡｓドープド多多結晶シリコ模膜
２３残存させ、更に、温度８５０℃で熱処理してｎ＋型
エミッタ層Ｉ６を画定する。なお、このエミツタ層の形
成にはｈ　などの特性をチエツクしながら熱処理する方
法が採られる。

第４図（ｅ）参照；次いで、ＣＶＤ法によってＰＳＧ（
燐珪酸ガラス膜）、５ｉ０２膜などの絶縁膜２４を被着
し、これを開口してＡｓドープド多結晶シリコン膜２３
の上にエミッタ電極１９．コレクタコンタクト電極１７
を形成し、ベース引出し電極１５の上にベース電極１８
を形成して完成する。

以上が５ＰＥＧ技術を適用したベース引出し電極形バイ
ポーラ半導体装置の形成方法の概要である。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記の形成方法において、ベース幅を薄＜シ
て高速動作させるためには膜ｊ￥５０〜１１００ｎ程度
の薄いベース層を形成しなければならないが、これは同
時にベース引出し電極を薄くして、その抵抗を増大させ
る結果になる。

本発明はこの矛盾点を取り除いて、ベース引出し電極の
抵抗を低下させ、しかも、ベース層を浅くして高速に動
作させることを目的とした半導体装置の製造方法を提案
するものである。

し課題を解決するための手段］ その課題は、−導電型半導体基板上に第１の絶縁膜およ
び導電膜を形成し、該第１の絶縁膜および導電膜を選択
的に除去してベース層形成領域を開口する工程、 次いで、前記ベース層形成領域を含む全面に異種導電型
シリコン膜を成長して、前記ベース層形成領域には異種
導電型単結晶シリコン膜からなるベース層を形成し、且
つ、前記導電膜上には異種淳電型多結晶シリコン膜から
なるベース引出し電極膜を形成する工程、 次いで、前記ベース層およびベース引出し電極膜上に第
２の絶縁膜を形成し、該第２の絶縁膜を選択的に開口し
てベース層に−４電型エミッタ層を形成する工程が含ま
れる製造方法によって解決される。

［作用］ 即ち、本発明は予め絶縁膜（第１の絶縁膜）上にドープ
ド多結晶シリコン膜などの導電膜を被着しておき、その
上にベース層とベース引出し電極膜とになるドープドシ
リコン膜を成長する。そうすれば、ベース引出し電極の
膜厚を厚く、且つ、高導電性に形成できて、その抵抗を
低下させることができる。しかも、ベース層を薄く成長
して高速化することができる。

［実施例１ 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図（ａｌ〜（ｅ）は本発明にかかる製造方法の工程
順断面図を示しており、順を追って説明する。

第１図（ａｌ参照；従来と同様に、ｐ型シリコン基板１
１上にｎ＋型埋没層１２を介してｎ型コレクタ層１３（
比抵抗１Ωｃｍ程度）をエピタキシャル成長し、そのｎ
型コレクタＮ１３上に５ｉ０２膜２１（膜厚３００ｎｍ
；第１の絶縁膜）を熱酸化して生成する。この熱酸化は
ウェット酸素中において１０００℃に加熱して行う。次
いで、減圧ＣＶＤ法にてモノシラン（ＳｉＨ４）を反応
ガスとして約６００℃で分解させて多結晶シリコン膜（
膜厚３００ｎｍ　；導電膜）を堆積し、その多結晶シリ
コン膜に硼素イオンを注入して濃度１０　”／　ｃＩＩ
ｔ程度のＢドープド多結晶シリコン膜３１を形成する。

その時、イオン注入条件はドーズＮ　１．５Ｘ１０　”
／ｃｎｌ、加速エネルギー５０　ＫｅＶ程度とする。更
に、このＢドープド多結晶シリコン膜３１と５ｉ０２膜
２１とをリソグラフィ技術を用いてパターンニングし、
ベース層形成領域を開口する。

このベース層形成領域の開口には塩素系ガスによって多
結晶シリコン膜をエツチングし、弗素系ガスを用いて５
ｉ０２膜をエツチングする。なお、１２°はｎ＋型コレ
クタコンタク１〜領域である。また、上記のＢドープド
多結晶シリコン膜３１はイオン注入して硼素をドープす
る代わりに、最初からＢドープド多結晶シリコン１１り
を減圧ＣＶＤ法によって被着しても構わない。

第１図（ｂｌ参照；次いで、開口したベース層形成領域
を含むＢドープド多結晶シリコン膜３１の上にドープド
シリコン膜（膜厚５０〜１００　ｎｍ、不純物濃度１０
′ｑ／ｃｏｔ）を成長する。そうすると、ＳｉＯ２膜２
１上２１上ドープド多結晶シリコン膜３１の旧にはドー
プド多結晶シリコン膜１５が成長し、開口部にはドープ
ド単結晶シリコン膜１４が成長する。このエピタキシャ
ル成長法は、例えば、ジボラン（８２Ｈ６）を含ませた
ジシラン（Ｓｉ２Ｈｓ　）を光分解させる低温度分解法
（基板加熱温度５４０〜６００℃）を用いる。この光分
解法は再拡散（ｏｕｔ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が少なく
なり、ベース層を浅（できる方法である。

第１図（Ｃ１参照：次いで、Ｂドープド多結晶シリコン
膜３１およびドープドシリコン膜をリソグラフィ技術を
用いてパターンニングし、ｐ型ベース層となるドープド
単結晶シリコン膜１４およびベース引出し電極となるド
ープド多結晶シリコン膜３１　＋　１５部分を残存させ
て、その他の部分のドープド多結晶シリコン膜３１．１
５をエツチング除去し、次に、上面にＣＶＤ法によって
５ｉ０２膜２２（膜厚３００ｎｍ；第２の絶縁膜）を被
着する。

第１図（ｄｌ参照；以降は従来法と同様であり、次に５
ｉ０２膜２２を開口して、ＣＶＤ法によって多結晶シリ
コン膜を被着し、その多結晶シリコン膜に砒素（Ａｓ）
イオンを注入してＡｓドープド多多結晶シリコ成膜２３
形成し、これをパターンニングして開口部のエミッタ形
成領域およびコレクタコンタクト電極形成領域にのみＡ
ｓドープド多多結晶シリコ成膜２３残存させる。更に、
温度８５０°Ｃで熱処理してｎ＋型エミッタ層１６を画
定する。なお、前記第１図ｆａｌの工程において硼素イ
オンを注入したドープド多結晶シリコン膜３１はこのエ
ミツタ層の活性化熱処理によって同時に活性化する。

第１図ｔｅｌ参照；次いで、ＣＶＤ法によって絶縁膜２
４を被着し、これを開口してＡｓドープド多多結晶シリ
コ成膜２３上にエミッタ電極１９．コレクタコンタクト
電極１７を形成し、ベース引出し電極３１＋１５の上に
ベース電極１８を形成して仕上げる。

且つ、本実施例においては５ｊ０２膜２１からなる第１
の絶縁膜上に、Ｂドープド多結晶シリコン膜３１からな
る感電膜を積層したが、ドープド多結晶シリコン膜の代
わりに他の感電膜、例えば、白金（Ｐｔ）　、タングス
テン（Ｗ）などの高融点金属膜または白金シリサイド（
ＰｔＳｉ２　）やタングステンシリサイド（ＷＳｉ２　
）などの高融点金属シリサイド膜を用いると、ベース引
出し電極を一層低抵抗化させることができる。

上記のような製造方法によれば、ベース引出し電極３１
　＋　１５の抵抗が著しく低下して、その膜厚は３倍な
いし６倍に厚く形成することができ、不純物濃度も１桁
以上多くして、多量の不純物を含有させることができる
ためにベース引出し電極の抵抗を数十分の−に低下させ
ることができる。且つ、ベース層の厚さは極めて薄く形
成できて周波数特性を改善し、高速動作させることがで
きる。

［発明の効果］ 以上の実施例の説明から明らかなように、本発明にかか
る製造方法によれば、ベース引出し電極形半導体装置の
ベース抵抗を低下させ、周波数特性を改善して高速動作
させ、半導体装置の性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（ｅ）は本発明にかかる製造方法の工程
順断面図、 第２図は通常のバイポーラ半導体装置の断面図、第３図
はベース引出し電極形半導体装置の断面図、第４図（ａ
）〜（ｅ）は従来の製造方法の工程順断面図である。 図において、 １１はｐ型シリコン基板、 １２はｎ＋型埋没層、 １３はｎ型コレクタ層、 １４はｐ型ベース層、 １５はドープド多結晶シリコン膜からなるベース弓出し
電極、 １６はｎ＋型エミッタ層、 １７はコレクタコンタクト電極、 １８はベース電極、 １９はエミッタ電極、 ２１は５ｉ０２膜（第１の絶縁膜）、 ２２は５ｉ０２膜（第２の絶縁膜）、 ２３はＡｓドープド多結晶シリコン膜、２４は絶縁膜、 ３１はＢ ドープド多結晶シリコン膜からなるベース引出し電極 を示している。 第 図 ベー７．ダｊ處し僑フタ形バヂ不・−ラ凱欅停＆１君ｎ
′丘ｒｆｆＢ第３図 ＝１９１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一導電型半導体基板上に第１の絶縁膜および導電膜を形
   成し、該第１の絶縁膜および導電膜を選択的に除去して
   ベース層形成領域を開口する工程、次いで、前記ベース
   層形成領域を含む全面に異種導電型シリコン膜を成長し
   て、前記ベース層形成領域には異種導電型単結晶シリコ
   ン膜からなるベース層を形成し、且つ、前記導電膜上に
   は異種導電型多結晶シリコン膜からなるベース引出し電
   極膜を形成する工程、 次いで、前記ベース層およびベース引出し電極膜上に第
   ２の絶縁膜を形成し、該第２の絶縁膜を選択的に開口し
   てベース層に一導電型エミッタ層を形成する工程が含ま
   れてなることを特徴とするバイポーラ半導体装置の製造
   方法。