JPH02294039A - 半導体装置およびその製造方法 - 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】 （イ）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し、特に
バイボーラトランジスタの形成方法の改良に関するしの
である。

（口）従来の技術 極めて一般的なバイボーラトランジスタの形成方法を以
下に示す。

第２図において、まずＰ型シリコン基板３ｌ上に成艮さ
れたＮ型単結晶シリコン層をボロンのＰ型不純物注入に
よるＰ゜選択拡散法にて単結晶シリコンの島３２にそれ
ぞれ分離する［第２図（ａ）参照］。３３はＰ゛拡散層
である。

続いて、島３２の表面に周知のホトエッチング技術によ
り第一領域を開口し、該領域にボロンを拡散あるいはイ
オン注入によりドーピングしてＰ゜ベース領域３４を形
成する［第２図（ｂ）参照］。

次に、単結晶シリコンの島３２上およびＰ゜ベース領域
３４上に、周知のホトエッチング技術により、それぞれ
第２および第３領域を開口し、これら領域にリンを拡散
あるいはイオン注入によりドーピングしてＮ゛コレクタ
引き出し領域３５およびＮ゜エミッタ領域３６を形成す
る［第２図（ｃ）参照〕。３７はＳｔｏｗ膜である。

最後に、コレクタ、ベースおよびエミッタ領域３５、３
４および３６上のＳｉｎｇ膜３７のそれぞれに、周知の
ホトエッチング技術により電極取り出し窓３８、３９、
４０を開口し、それぞれコレクタ電極４１，ベース電極
４２およびエミッタ電極４３を形成し、さらに配線を形
成して素子を完成する。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし上記のようなトランジスタを形成するに際しては
、ホトエッチングを複数回おこなうから、エッチングご
とに位置合わせを必要とするものであり、位置合わせマ
ージンが増えるおそれかある。

（二）課題を解決するための手段 この発明は、絶縁膜上に、その所定領域に配設され上面
に第一のシリコン窒化膜を有する一導電型の単結晶シリ
コンからなるシリコンブロックと、そのシリコンブロッ
クの両側壁側にそれぞれ配設され上面に上記第一のシリ
コン窒化膜よりも低い位置に第二のシリコン窒化膜を有
する高濃度の一導電型および高濃度の逆導電型の多結晶
シリコン層とを備え、更に第一のシリコン窒化膜直下の
シリコンブロック表層に配設され上部に高濃度の一導電
型の単結晶シリコン層を有する低濃度の逆導電型の単結
晶シリコン層と、かつシリコンブロックの一方側壁に配
設され、それによって上記低農度の逆導電型の単結晶シ
リコン層に隣接しうる高濃度の逆導電型の単結晶シリコ
ン層とを具備してなる半導体装置を提供するものであり
、また、請求項１の半導体装置における、（ｉ）シリコ
ンブロックを、絶縁膜上に一導電型の単結晶シリコン層
、第一のシリコン窒化膜およびホトマスク層を順次積層
した後、所定のパターンにより絶縁膜上の所定領域に形
成し、（　ｉｉ　）高濃度の逆導電型の単結晶シリコン
層を、逆導電型の不純物をシリコンブロックの一方側壁
側でシリコンブロックの真上の方向に対して斜め上方で
ある第２方向からイオン注入により形成し、続いて（　
ｉｉｉ　）低農度の逆導電型の単結晶シリコン層を、逆
導電型の不純物をシリコンブロック真上の方向からイオ
ン注入により形成し、続いてノンドープの多結晶シリコ
ン層および第二のシリコン窒化膜をシリコンブロックを
含む絶縁膜上の全面に順次積層した後、（　ｉｖ　）高
濃度の一導電型あるいは逆導電型の多結晶シリコン層を
、（イ）一導電型あるいは逆導電型の不純物をそれぞれ
少なくともシリコンブロックの両側壁側で上記真上の方
向に対して互いに対称な各斜め上方である第１あるいは
第２方向から順次イオン注入して全面にレジストを回転
塗布させた後酸素プラズマアプシングによりレジストを
上記逆導電型の単結晶シリコン層の最下部までエッチン
グし、（口）続いて残存するレジスト膜をマスクとして
レジスト膜上面から上位に露出した第二のシリコン窒化
膜およびその直下の多結晶シリコン１１を除去した後ア
ニーリングをおこない、更にシリコンブロックおよび多
結晶シリコン層がそれぞれ露出された領域の単結晶シリ
コン部分および多結晶シリコン部分を選択的に酸化する
ことにより形成し、ＣＶ）最後に、高濃度の一導電型の
単結晶シリコン層を、一導電型の不純物を上記第１方向
からイオン注入をおこなった後アニーリングをおこなっ
て形成することからなる半導体装置の製造方法を提供す
るものである。

すなわち、この発明は、（ｉ）絶縁膜上に形成された、
一導電型の単結晶シリコン層上に第一のシリコン窒化膜
をデボし所定のパターンにより上面に第一のシリコン窒
化膜を具備するシリコンブロックを形成し、（　ｉｉ　
）次に、このシリコンブロックに対し、第２方向より逆
導電型の不純物（例えばボロン）をシリコンブロックの
側壁面に対して単結晶シリコン層の高さに応じて所定内
度以上の角度をもたせイオン注入し、シリコンブロック
第２方向側面に高濃度の逆導電型層を形成した後、続け
て上記側壁面に対して０゜で逆導電型の不純物（例えば
ボロン）をシリコンブロック上面にのみイオン注入し、
低濃度の逆導電型層を影成し、（　ｉｉｉ　）そして、
全面にノンドーブの多拮晶シリコン・第二のシリコン窒
化膜を連続的に成長・デボする。（　ｉｖ　）その後、
第２方向の反対方向（第ｌ方向）より、一導電型不純物
（例えばリン）をシリコンブロックのもう一方の側壁面
に対して上記所定角度以上の角度を持たせイオン注入し
第１方向側面及び上面の多結晶シリコン層に高濃度の一
導電型層を形成する工程と、第２方向より、第２導電型
の不純物（例えばボロン）を上記所定角度以上の角度を
持たせイオン注入し、第２方向側面及び上面の多結晶ン
リコン層に逆導電型層を形成する工程を備え（尚、本２
工程は順不同）、（ｖ）その後、全面にレジストを回転
塗布し表面の平坦化を図り、０，プラズマアッシングに
よりシリコンブロックの低１度逆導電型層最下部まで、
レジストをエッチングする工程と、上面に露出した第二
のシリコン窒化膜をエッチングし、続いて第一および第
二のシリコン窒化膜との選択性の高いガスプラズマによ
り多結晶シリコン層のみを前工程で残ったレジストをマ
スクにエッチングする工程と、さらにアニーリングを行
った後、多結品シリコン雁上・単結晶シリコンブロック
上のそれぞれ第二および第一のシリコン窒化膜を酸化阻
止膜として露出してしいる多結晶シリコン部分・単結晶
シリコン部分を選択的に酸化する工程と、第１方向より
、一導電型不純物（例えばひ素）を上記所定角度以上の
角度を持たせ単結晶シリコンブロック上面の逆導電型層
領域に第一のシリコン窒化膜を通してイオン注入し、所
定の温度にてアニーリングを行う工程からなるものであ
り、これによりグラフトベース構造の半導体装置を得ろ
ものである。

ここで、単結晶シリコン層の高さに応じて不純物をシリ
コンブロックの側壁面に対して所定角度以上の角度をも
たせてイオン注入するのは、不純物の注入を、注入され
る側壁面およびその側壁市側の近傍のみに許容するため
である。

例えば、本実施例のように高さが１μｍのシリコンブロ
ックでは、上記所定駒度は４５゜以上の角度であればよ
い。

（ホ）作用 絶縁膜上の単結晶シリコンからなるシリコンブロックを
ホトエッチングにより形成しだ後、絶縁膜上のシリコン
ブロックおよび多結晶シリコン層へそれぞれ斜め上方か
ら一導電型あるいは逆導電型の不純物を打ち込んで上記
１回だけのホトエッヂングにより高濃度のコレクタ引き
出し領域、ベース引き出し領域およびエミッタ領域をセ
ルファラインにより形成するようにしたので、ホトエッ
チングを襟数回必要としないグラフトベース構造を用い
ることでホトエッチングによる位置合わせマージンを無
くすことができる。また、微細なパターンをセルファラ
インにより形成できることから、トランジスタのサイズ
を縮小できるととらに、高速動作を可能にできる。

（へ）実施例 この発明を第１図に示す実施例に基づき詳述する。しか
し、これによってこの発明が限定されるものではない。

第１図（Ｄにおいて、バイボーラトランジスタ（Ｔ）は
、Ｓｉｎ，の絶縁膜ｉ上に、その所定領域に配設され上
面に第一のシリコン窒化膜２を有するＮ型の単結晶シリ
コンからなるシリコンブロツク３と、そのノリコンブロ
ックの両側壁側にそれぞれ配設され上面に上記第一のシ
リコン窒化膜２よりも低い位置に第二のノリコン窒化＠
４を育するＮ゜およびのＰ゜の多結晶ンリコン層５およ
び６と、第一のシリコン窒化膜２の直下のンリコンブロ
ック表層に配設され上部にＮ゜の単結晶シリコン層７を
有するＰ一の単結晶シリコン層８とから主としてなる。

更に、Ｎ゛多結晶シリコン層５上には第二のＳｔ３Ｎ＋
膜４の窓開けにより開口２３を介してコレクタ電極９が
配設され、一方、Ｐ゜多結晶ンリコン層６上には第二の
Ｓｉ．Ｎ．Ｉｌｉ４の窓開けにより開口２４を介してベ
ース電［！１０が配設され、さらに、Ｎ゜単結晶シリコ
ン眉７上には第一のＳｔ３Ｎａ膜２の窓開けにより開口
２２を介してエミッタ電ｔｉｔｔが配設されている。

なお、ｌ２はソリコンブロツク３の一方側壁にＰ゜多結
晶シリコン層６と隣接して配設されたＰ゜単結晶シリコ
ン層であり、１３はシリコンブロック３の他方側壁にＮ
゛単結晶シリコン層５と隣接して配設されたＮ゛単結晶
シリコン層、２ｌはＬＯＣＯＳ酸化膜である。

次に、以上のごとく構成されたグラフトベース構造のト
ランジスタの製造方法について説明する。

ＳｉＯ＊膜ｌ上に、（１）Ｎ型の単結晶シリコンＦｉｌ
４、第一のシリコン窒化１（ｔｏｏｏ人程度の膜厚）１
５およびホトマスク層（図示せず）を順次形成し［第１
図（ａ）参照］、所定のパターンにより上面に第一のン
リコン窒化膜＋４ａを有するＮ型の単結晶シリコンのシ
リコンブロック３を形成し［第１図（ｂ）参照］、シリ
コン窒化膜１４ａ上に残存するホトマスク層を除去した
後、（ｉｉ）不純物（ボロン）をシリコンブロック３の
一方側壁に該側壁面に対して４５゜以上の角度をもたせ
た第２方向からイオン注入により導入してＰ゛単結晶シ
リコン層ｌ２を形成し、続いて不純物（ボロン）を第一
のシリコン窒化膜１・１ａを通してンリコンブロツク３
に真上からイオン注入により導入し、Ｐ一単結晶シリコ
ン層８を形成し［第ｉ図（ｃ）参照］、（ｉｉｉ　）次
いで、全面にノンドープの多結晶シリコン層（　５００
０人程度の膜厚）１６、第二のシリコン窒化膜（１００
０人程度の膜厚）１７を順次積層し、（１ｖ）不純物（
リン）をシリコン窒化膜ｌ７を通してシリコンブロック
３の一方側面に対向する他方側壁面側の多結晶シリコン
層ｌ６上にその池方側而に対して４５゜以上の角度をも
たせた第１方向からイオン注入により導入してコレクタ
電匪引出し領域になるコレクタ層ｌ８を形成し［第１図
（ｄ）参唄］、続いて不純物（ボロン）をシリコン窒化
膜Ｉ７を通してシリコンブロック３の一方側壁面側の多
結晶ンリコン層１６上にその一方側面に対して４５゜以
上の角度をもたせイオン注入により導入してベース電極
引き出し領域になるベース層１９を形成しし第１図（ｅ
）参照］、（ｖ）次いで、全面にレノスト２０を回転塗
布さ任表面を平坦化した後、酸素プラズマアッシングに
よりレジスト２０をＰ一単結晶ンリコン層８の最下部ま
でエッチングし［第１図（ｆ）参照Ｌ（ｖｉ）残存する
レジスト膜２０ａをマスクとしてレジスト膜２　０　ａ
の上面から露出した第二のシリコン窒化膜１７をエッチ
ングし、続いて第一のンリコン窒化膜＋４ａとの選択性
の高いガスプラズマにより多結晶シリコン層一６をエッ
チングし［第！図（ｇ）参照］、存在するレジストＷＸ
２　０　ａを除去し、（ｖｉｉ）１０００℃程度でアユ
リングをおこない、多結晶シリコン膜全体のドープをお
こなってシリコンブロックの一方側壁側にＰ゜多結晶シ
リ′コンのベース領域６を、他方側壁側に他方側壁に形
成されたＮ゛の単結晶シリコンｌ２に隣接するＮ゜多結
晶シリコンのコレクタ領域５をそれぞれ形成するととも
に、多結晶シリコン膜６，５上およびシリコンブロック
３上の各第二．第一のシリコン窒化膜４−および１４ａ
を酸化防止膜として多結晶シリコン膜６．５とシリコン
ブロック３の露出部分を選択的に酸化してしＯＣＯＳ酸
化１１２１を形成し（第１図（ｈ）参照）、（ｖｉ）再
び、第１方向からシリコンブロック３に不純物（ヒ素）
をイオン注入し、９００℃程度で熱処理を付した後、シ
リコンブロック上面に形成されたＰ一単結晶シリコンＦ
ｌ８上面にＮ゜の単結晶シリコンのエミッタ領域７を形
成する［第ｌ図（ｉ）参照］。

（ＩＸ）最後に、Ｎ゜エミッタ領域７上に及びＮ”，Ｐ
”各多結晶シリコン領域５．６上のＳｉｓＮ＋膜２．４
を所定のパターンにて開口してコンタクトホール２２．
２３．２４を形成する。続いて、全面にメタル（ＡＩ，
．ＡＩＳｉ）を蒸着及びスパッタ法により形成し、所定
のパターンにて電！１１．９及び配線領域を設けてトラ
ンシスターの作成を完了する［第１図（Ｄ参照］。

このように本実施例では、バイボーラトランジスタをウ
ェハーの打ち込み方向を規定し、鈍角のイオン注入法を
用いて、１回のホトエッチングにて分離・ベース・エミ
ッタ領域をセルファラインで形成するようにしたので、 （ｌ）各ホトエッチングによる、位置合わせマージンを
無くすことができ、トランジスターのサイズ縮小を図る
ことができる。

（２）工程増を伴わず、グラフトベース構造を達成し、
トランジスタの高速動作を可能にできるという利点を有
する。

なお、本実施例では酸化シリコンの絶縁膜上にＮ型の単
結晶シリコン層を形成するのに、Ｎ型シリコン基板を酸
化した後、片面のみボリッシングする方法を用いたもの
を示したが、イオン注入により、酸素をＮ型シリコン基
板深く打ち込み、シリコン内部に酸化シリコン層を形成
する方法・絶縁物に直接Ｎ型シリコンウエハーを張り付
ける方法等を用いても良い。

また、本実施例では絶縁模としてＳ１０，膜を用いたが
、ＳｔｓＮ＋膜やＡＩ＊ＯＪｌ等を用いても良い。

（ト）発明の効果 以上のようにこの発明によれば、独自の方向規定の鈍角
イオン注入法により、１回のホトエッチングで分離・ベ
ース・エミッタ領域の形成が可能となる。

また、セルファラインにより微細なパターンを実現でき
、しかもグラフトベース購造となる為、高周波対応の高
速バイボーラトランジスタを提供できろ。しかも、′工
程は極めてシンプルであり、コスト面からし、まさに理
想的なトランジスタを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するための製造工程
説明図、第２図は従来例を示す製造工程説明図である。 ｌ　・　・ ２　・　・ ３　・　・ ４　・　・ ５　・　・ ６　・　・ ７　・　・ ８　・　・ １　２　・ ・ＳｉＯ＊の絶縁膜、 ・第一のＳｔｚＮ＋膜、 ・シリコンブロック、 ・第二のＳｉｓＮａ膜、 ・Ｎ０の多結晶シリコン層、 ・Ｐ゜の多結晶シリコン層、 ・Ｎ゜の単結晶シリコン層、 ・Ｐ−の単結晶シリコン層、 ・・Ｐ゛単結晶シリコン層。 （ｄ） １ｂ 第 図 第 ］ 図 （ｅ） （ｆ） ６，補正の対象 図面の第１図 平成元年 ９月２１日 ゛１１件の表示 １Ｌ成Ｉ年特許願第１１５４９８号 ２，発明の名称 半導体装置およびその製造方法 ７．補正の内容 （ｅ）及至（Ｄと表示した図面を別紙のごと《補正する
。 すなわち、（ｅ）及至（ｇ）と表示した図面の上部に第
１図を追記し、図番号の記載不備を補正したものです。 また（ｈ）及至（ｊ）と表示した図面の上部に第１図を
追記し、図番号の記載不備を補正したものです。 ｈｌｔ正をｔる者 （５０４）ノヤープ昧式会社 代表者　　辻　　晴　雄 補正命令の日付 平成 ８月２９日（発送日）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁膜上に、その所定領域に配設され上面に第一の
   シリコン窒化膜を有する一導電型の単結晶シリコンから
   なるシリコンブロックと、そのシリコンブロックの両側
   壁側にそれぞれ配設され上面に上記第一のシリコン窒化
   膜よりも低い位置に第二のシリコン窒化膜を有する高濃
   度の一導電型および高濃度の逆導電型の多結晶シリコン
   層とを備え、 更に第一のシリコン窒化膜直下のシリコンブロツク表層
   に配設され上部に高濃度の一導電型の単結晶シリコン層
   を有する低濃度の逆導電型の単結晶シリコン層と、かつ
   シリコンブロックの一方側壁に配設され、それによって
   上記低濃度の逆導電型の単結晶シリコン層に隣接しうる
   高濃度の逆導電型の単結晶シリコン層とを具備してなる
   半導体装置。 ２、請求項１の半導体装置における、 （ｉ）シリコンブロックを、絶縁膜上に一導電型の単結
   晶シリコン層、第一のシリコン窒化膜およびホトマスク
   層を順次積層した後、所定のパターンにより絶縁膜上の
   所定領域に形成し、 （ｉｉ）高濃度の逆導電型の単結晶シリコン層を、逆導
   電型の不純物をシリコンブロックの一方側壁側でシリコ
   ンブロックの真上の方向に対して斜め上方である第２方
   向からイオン注入により形成し、続いて （ｉｉｉ）低濃度の逆導電型の単結晶シリコン層を、逆
   導電型の不純物をシリコンブロック真上の方向からイオ
   ン注入により形成し、続いてノンドープの多結晶シリコ
   ン層および第二のシリコン窒化膜をシリコンブロックを
   含む絶縁膜上の全面に順次積層した後、 （ｉｖ）高濃度の一導電型あるいは逆導電型の多結晶シ
   リコン層を、 （イ）一導電型あるいは逆導電型の不純物をそれぞれ少
   なくともシリコンブロックの両側壁側で上記真上の方向
   に対して互いに対称な各斜め上方である第１あるいは第
   ２方向から順次イオン注入して全面にレジストを回転塗
   布させた後酸素プラズマアッシングによりレジストを上
   記逆導電型の単結晶シリコン層の最下部までエッチング
   し、（ロ）続いて残存するレジスト膜をマスクとしてレ
   ジスト膜上面から上位に露出した第二のシリコン窒化膜
   およびその直下の多結晶シリコン層を除去した後アニー
   リングをおこない、更にシリコンブロックおよび多結晶
   シリコン層がそれぞれ露出された領域の単結晶シリコン
   部分および多結晶シリコン部分を選択的に酸化すること
   により形成し、 （ｖ）最後に、高濃度の一導電型の単結晶シリコン層を
   、一導電型の不純物を上記第１方向からイオン注入をお
   こなった後アニーリングをおこなつて形成することから
   なる半導体装置の製造方法。