JPH0230144A - 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】 〔概　要〕 バイポーラトランジスタ特に外部ベース引出し構造を有
するバイポーラトランジスタの製造方法に関し、 工程が単純で且つ工程手番が短縮される外部ベース引出
し型ベース領域の形成方法を提供することを目的とし、 コレクタとなる一導電型シリコン基体上に酸化シリコン
膜を形成する工程、該酸化シリコン膜上にベース引出し
電極となる反対導電型ポリシリコン層を形成する工程、
該反対導電型ポリシリコン層及び酸化シリコン膜を貫通
し該一導電型シリコン基体面を表出する開孔を形成する
工程、水素を含む雰囲気下で基板加熱を行うエピタキシ
ャル成長の前処理によって該開孔内に表出する該酸化シ
リコン膜の端部をサイドエツチングする工程、該開花及
びサイドエツチング部に表出する−４電型シリコン基体
面上に、該反対導電型ポリシリコン層の下面に接する厚
さを有してベース領域となるシリコンエピタキシャル層
を形成する工程を含んだ構成を有する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はバイポーラトランジスタ特に外部ベース引出し
構造を有するバイポーラトランジスタの製造方法に関す
る。

近時バイポーラトランジスタにおいては、高速化の要求
に答えて、ベースの寄生容量及び寄生抵抗を減少して動
作速度の向上を図った外部ベース引出し構造が提案され
ている。

第３図は外部ベース引出し構造を有するバイポーラトラ
ンジスタを従来構造によって模式的に示した平面図（ａ
）及び側断面図（ｂｌである。

同図において、５１はｐ型シリコン（Ｓｉ）基板、５２
はｎ・型埋込み層、５３は絶縁分離領域、５４はエピタ
キシャル層よりなるｎ−型コレクタ領域、５５はｎ゛型
コレクタコンタクト領域、５６は窒化シリコン（ＳｉＪ
４）膜、５７はｐ゛型ポリＳｉベース引出し電極、５８
はフィールド酸化膜、５９は第１のＳｉＯ□膜、６０は
ベース形成用開孔、６１は第２のＳｉ０ｇ膜、６２ば５
ｉＪ４膜のサイドエツチング部、６３は第２のｐ゛型ポ
リＳｉ層、６４はＳｉＯ□サイドウオール、６５はｐ゛
梨型外ベース領域、６６はｐ型内部ベース領域、６７は
ｎ°型エミッタ領域、６８はポリＳｉエミッタ電極、６
９は層間絶縁膜、？ＯＡ　、７０Ｂ、７０Ｃは配線コン
タクト窓、７１はコレクタ配線、７２はエミッタ配線、
７３はベース配線を示す。

この外部ベース引出し構造のバイポーラトランジスタは
、図から明らかなように、通常のバイポーラトランジス
タよりもベース領域及びその周辺部即ちベース廻りの構
造が複雑なために、製造工程が増し、且つ製造手番が長
引くという問題があって、少ない工程数で且つ短手番で
形成できる製造方法が要望されている。

〔従来の技術〕

上記外部ベース引出し構造のバイポーラトランジスタの
ベース廻りの構造は、従来、以下に第４図（ａ）〜（ｊ
ｌに示す工程断面図を参照して説明する方法により形成
されていた。

第４図＋ａｌ参照 即ち、通常の方法により図示しないｎ゛型埋込み層上に
図示しない絶縁分離領域等によって分離画定されてなる
ロー型コレクタ領域５４上に、厚さ１０００〜３０００
人程度のＳｉ３Ｎ、膜５６を気相成長し、該Ｓｉ３Ｎ、
膜５６上にベース引出し電極となる厚さ３０００〜４０
００八程度の第１のポリＳｉ層１５７を気相成長し、硼
素を高濃度に導入（Ｂ″１．１）して該第１のボ’ＪＳ
ｉ層１５７にｐ°型の高導電性を付与する。

第４図（ｂ）参照 次いで該第１のポリＳｉ層１５７上にベース形成領域上
を覆うＳｉ３Ｎ４膜７４を形成し、熱酸化により第１の
ポリ５ｉＪｉ！１５７の周囲を画定するフィールド酸化
膜５８を形成する。ここでｐ°型ポリＳｉベース引出し
電極５７が形成される。

第４図（Ｃ１参照 次いで５ｉＪ４膜７４を除去した後、該基板上に厚さ２
０００〜３０００人程度の第１のＳｉＯ□膜５９を気相
成長する。

第４図（（ｊ）参照 次いで通常のりソグラフィにより第１のＳｉＯ□膜５９
及びベース引出し電極５７を貫通してＳｉ３Ｎ４膜５６
を表出する開孔６０を形成し、次いで熱酸化により開孔
６０内に表出するベース引出し電極５７の端面に厚さ５
００人程０の第２のＳｉＯ□膜６１形成する。

第４図（ｅ）参照 次いで燐酸ボイル法により開孔６０内に表出する５４３
Ｎ４膜５６を溶解除去し、且つオーバエツチングを行っ
てベース引出し電極５７の下部にＳＩ：ＪＮ４　Ｎａ３
のサイドエツチング部６２を形成する。

第４図（ｆｌ参照 次いで該基板上に厚さ２０００人程度０第２のポリＳｉ
層６３を気相成長する。ここで前記サイドエツチング部
６２内も第２のポリＳｉ層６３で完全に埋められる。

第４図ｆｇ）参照 次いでウェットエツチング手段により表面の第２のポリ
Ｓｉ層６３を除去する。この際ベース引出し電極５７の
下部のサイドエツチング部６２に満たされた第２のポリ
Ｓｉ層６３はその侭残留する。

次いで前記開孔６０から内部ベース形成用の硼素（Ｂ゛
）をイオン注入する。１６６は内部ベース用Ｂ°注大領
域を示す。

第４図（ｈｌ参照 次いで気相成長及びリアクティブイオンエツチング（Ｒ
ＩＥ）処理を経て上記開孔６０の側面にＳｉＯ□サイド
ウオール６４を形成する。なおここでエミッタ用のコン
タクト窓７４が完成する。

次いで該ＳｉＯ□サイドウオール６４を有する開孔即ち
前記コンタクト窓７４からエミッタ形成用に高ドーズ量
の砒素（Ａｓ”　）をイオン注入する。１６７はＡｓ”
注入領域を示す。

第４図ｆｉ）参照 次いで９００〜１ｏｏｏ°Ｃで所定時間の熱処理を行っ
て、前記Ｂ゛注入領域１６６及びＡｓ＋注入領域１６７
を活性化再分布させてｐ型内部ベース領域６６及びｎ°
型エミッタ領域６７を形成すると同時に、ベース引出し
電極になるｐ゛型ポリＳｉ層５７から第２のポ’ＪＳｉ
層６３を介して硼素（Ｂ）を固相拡散させて、ｐ゛現型
外ベース領域６５を形成する。この際第２のポリＳｉ層
６３もｐ“型になる。

第４図（ｊ）参照 次いで通常の方法により上記コンタクト窓７４上にポリ
Ｓｉ層よりなるエミッタ電極６３を形成して、従来方法
による該トランジスタのベース廻りの構造が完成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上の説明に示されるように従来の方法においては、外
部ベース引出し電極を有するバイポーラトランジスタの
、内部ベース領域６６及び引出し電に接する外部ベース
領域６５の形成する１９、燐酸ボイルによる５ｉ３Ｎ４
Ｉ莫５６のサイドエツチング、サイドエツチンググ部６
２を埋める第２のポリＳｉ層６３の気相成長、サイドエ
ツチング部６２以外の領域のポリ５ｉＪｉＪ６３のウェ
ットエツチングによる除去、内部ベース領域６６を形成
する不純物のイオン注入、熱処理によるベース引出し電
極５７からの不純物の固相拡散による外部ベース領域６
５の形成等の少なくとも５工程以上が必要で、そのため
工程が非常に複雑化してハンドリング等に起因する歩留
り低下が生ずると同時に、燐酸ボイルにおけるエツチン
グレートが遅いために上記５ｉＪ４膜５６のサイドエツ
チング部６２を形成するのに非常に長時間を要するので
、工程手番も非常に長引くという問題があった。

そこで本発明は、工程が単純で歩留り低下を生じ難＜、
且つ工程手番が短縮される外部ベース引出し型ベース領
域の形成方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、コレクタとなる−４電型シリコン基体上に
酸化シリコン膜を形成する工程、該酸化シリコン膜上に
ベース引出し電極となる反対導電型ポリシリコン層を形
成する工程、該反対導電型ポリシリコン層及び酸化シリ
コン膜を貫通し該一導電型シリコン基体面を表出する開
孔を形成する工程、水素を含む雰囲気下で基板加熱を行
うエピタキシャル成長の前処理によって該開孔内に表出
する該酸化シリコン膜の端部をサイドエツチングする工
程、該開孔及びサイドエツチング部に表出するｍｍ電型
シリコン基体面上に、該反対導電型ポリシリコン層の下
面に接する厚さを有してベース領域となるシリコンエピ
タキシャル層を形成する工程を含む本発明によるバイポ
ーラトランジスタの製造方法によって解決される。

〔作　用〕

第１図ｆａ）〜（Ｃ）は本発明の原理を示す工程断面図
で、図中、■はベース領域が形成されるＳｉ基体、２は
Ｓｉ基体とベース引出し電極となるポリＳｉ層との間を
絶縁する第１のＳｉＯ□膜、３はベース引出し電極とな
るポリＳｉ層、４は被覆用の第２の５ｉＯｚ膜、５ベー
ス領域形成用の開孔、６は第１の５ｉ０２膜とほぼ等し
い厚さの第３のＳｉＯ□膜、７は後に形成される外部ベ
ース領域とエミッタ領域との間隔を維持するためのスペ
ーサになるＳｉ３Ｎ、サイドウオール、８は第１のＳｉ
Ｏ□膜のサイドエツチング部、９はサイドエツチングの
際形成された基体面の凹部、１０はエンチングＳｉ層を
示す。

本発明の方法においてはベース領域の形成に際して、第
１図（ａｌに示すような構成部を有する被処理基板をエ
ピタキシャル成長装置内に挿入し、先ず、被成長基板面
の自然酸化膜をエツチング除去するために通常行われる
エピタキシャル成長の前処理と同様に、水素（Ｈ２）雰
囲気中で１０００℃以上の高温で加熱処理を行う。

上記１１□雰囲気高温中でのＳｉｎｇのエツチング反応
は、下記０式と０式に示す２種顛の反応からなっている
。

５ｉ０２　＋　Ｈ２→ＳｉＯ↑＋Ｈ，Ｏ↑　　−・・■
↓１１２ Ｓｔ０２＋Ｓｉ→２ＳｉＯ↑　　　　　　　　　−■そ
して、この２反応の中の０式に示す反応はＳｉ原子の供
給を受けられる部分、つまりＳｉとＳｉＯ□との界面で
のみ起こり、且つ０式の反応に比べて非常に速い速度で
進行する。そこでＳｉ基体上に形成されるＳｉＯ□膜に
、Ｓｉ基体との界面を露出する端面が存在する場合には
、該ＳｉＯ□膜のエツチングは主としてその端面から内
部に向かって進行し、５ｉＯｚ膜の上面からは殆ど進行
しない。

そして第１図（ｂ）に示すようにＳｉ基体１に接するＳ
ｉＯ□膜２．６が主としてエツチングされサイドエツチ
ング部８が形成される。なおエツチングに際しては前記
反応式■に従って基体１面からＳｉが供給されて反応が
進むので上記サイドエツチング部８下部のＳｉ基体１面
もエツチングされ、そこに浅い凹部９が形成される。

そして所要の幅にサイドエツチング部８が形成された後
、成長装置内のガスをＳｉの成長ガスに切り換え、引き
続いて第１図（Ｃ）に示すように、開孔５及びサイドエ
ツチング部８に表出するＳｉ基体１上に前記凹部９及び
サイドエツチング部８を完全に埋める厚さのベース領域
となるＳｉ層１０をエピタキシャル成長させる。

このように本発明の方法によれば、エピタキシャルＳｉ
層を成長させる凹部上のベース形成領域の選択エツチン
グによる形成と、該領域へのベース層となるエピタキシ
羊ルＳｉ層の成長とが、同一のエピタキシャル成長装置
内で、ガス及び温度の切り換えのみによってなされるの
で、工程が従来より大幅に簡略化され、且つ上記ベース
形成領域を形成する際のエツチングレートも速いので工
程手番も大幅に短縮される。

〔実施例〕

以下本発明を、第２図（ａ）〜（１）に示す工程断面図
を参照し一実施例について具体的に説明する。

第２図（ａ）参照 本発明の方法により外部ベース引出し構造のバイポーラ
トランジスタのベース廻りの構造を形成するに際しては
、従来同様図示しないｎ゛型埋込み層上に図示しない絶
縁分離頭載等によって分離画定されてなる例えばｎ−型
のコレクタ領域１１上に、ＣＶＯ法により厚さ１０００
〜３０００人程度の、ベース引出し電極とコレクタ領域
の間を絶縁する第１のＳｉｎｇ膜１２を形成し、次イテ
該５ｉＯｚ膜１２上ニＣＶＤ法によりベース引出し電極
となる厚さ３０００〜４０００人程度のポリＳｉ層１１
３を形成し、次いでＩＱＩｓｃ〔Ｚ程度の高ドーズ量の
硼素（Ｂ＋）のイオン注入＜１．　［）により該ポリＳ
ｉ層１１３にｐ°型の高専電性を付与する。

第２図ｆｂ） 次いでＳｉ３Ｎ４膜１４をマスクにして上記ｐ“型ポリ
５ｉＦＪ１１３の選択酸化を行いベース引出し電極の周
囲を画定するフィールド酸化膜１５を形成する。

ここでｐ°型ポリＳｉベース引出し電極１３が形成され
る。

第２図（Ｃ１参照 次いでＳｉ３Ｎ、膜１４を除去した後、ＣＶＤ法により
該基板上に被覆絶縁膜となる厚さ２０００〜３０００人
程度の第２の５ｉ０２膜１６を形成する。

第２図（ｄｌ参照 次いで図示しないレジスト膜をマスクにし通常のフォト
リソグラフィにより、上記第２のＳｉＯ□膜１６、ｐ°
型ポリＳｉベース引出し電極１３及び第１のＳｉｎｇ膜
１２を貫いてコレクタ領域１１面を表出するベース形成
用開孔１７を形成する。

第２図（ｅ）参照 次いで上記開孔１７内に表出するＳｔベース引出し電極
１３の端面に厚さ５００人程０の熱酸化膜１８Ａを形成
しくこの際開孔１７の底面にも熱酸化膜１８Ｂが形成さ
れる）、次いでＣＶＤ法により該基板上に、開孔１７底
面における上面が第１のＳｉＯ□膜１２膜上２にほぼ一
致する厚さの第３のＳｉＯ□膜１９膜形９し、次いでＣ
ＶＤ法により該第３のｓ　−ｒ　０２　Ｈａ　１９上に
厚さ２０００人程度０Ｓｉ３Ｎ４膜１２０を形成する。

第２図（ｆ）参照 次いで通常通りＣＦ４等によるリアクティブイオンエツ
チング（ＲＩＥ　）処理により上記Ｓｉ：＋Ｎｎ膜１２
０及び第３のＳｉＯ□膜１９膜形９的に除去し、ベース
形成用開孔１７の側面に、熱酸化膜１８Ｂと第３のＳｉ
ｎｇ膜１９膜下９に存し且つ第３のＳｉｎｇ膜１９膜下
９に有するＳｉ３Ｎ４サイドウオール２０を形成する。

第２図（ｇ）参照 次いで該基板をエピタキシャル成長装置内に挿入し、通
常の成長前処理と同様１１□又は！１□＋ＨＣＩ中で１
０００〜１２００℃で加熱し、ベース形成用開孔１７内
に表出しＳｉ面即ちコレクタ領域１１面に接する５ｉ（
ｈ膜即ち熱酸化膜１８Ｂ　、第３の５ｉ０２膜１９及び
第１のＳｉＯ□膜１２膜上２ス引出し電極１３を所要の
幅表出する幅にサイドエツチングし、図示のような四部
２１を形成する。

第２図（ｈｌ参照 次いで同一のエピタキシャル装置内でガスを例えばＢ２
１１６を添加した５ｉＨｔ＋１ＩＣＩ等のＳｔの成長ガ
スに切り換え、例えば８００−１０００℃で上記凹部２
１内に、内部ベース領域２３を構成するｐ型エピタキシ
ャル５４Ｎ２２を成長させる。この際ベース引出し電極
１３に接する部分はポリＳｉになるが図示しない。

またこの際ｐ゛型ポリＳｉベース引出し電極１３から高
濃度の硼素（Ｂ）が固相拡散してｐ゛梨型外ベース領域
２４が形成される。

第２図（１）参照 次いでベース形成用開孔１７から該開孔１７の側面に形
成されている５ｉＪ４サイドウオール２０の端面に整合
して砒素（Ａｓ・）を１０”ｃｎ＋−”程度の高ドーズ
量でイオン注入し、９００〜１０００℃程度の熱処理を
行って該Ａｓ注入領域を活性化して内部ベース領域２３
内にｎ°型エミッタ領域２５を形成し、次いで通常の気
相成長及びフォトリソグラフィにより該開孔１７上に例
えばポリＳｉからなるエミッタ電極２６を形成する。

以上実施例の説明から明らかなように本発明の方法によ
れば、外部ベース引出し電極を有するバイポーラトラン
ジスタの内部ベース領域２３及び外部ベース引出し電極
１３に接する外部ベース領域２４が、エピタキシャル成
長装置内のＩ＋！による５１０ｇ膜のサイドエツチング
によるコレクタ領域１１上への凹部２１形成と、これに
連続して行われる同一装置内における上記凹部２１内へ
のＳｉ層のエピタキシャル成長との２工程によって形成
される。

従って従来に比べて著しく工程が簡略化されるので、ハ
ンドリング等に起因する歩留り低下が防止され１、且つ
サイドエツチング時間も大幅に短縮されるので工程手番
も大幅に短縮される。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明によれば、外部ベース引出し構
造を有するベース廻りの構造を形成する際の工程が著し
く簡略化されて歩留り低下が防止され、且つ工程手番も
大幅に短縮されるので、該外部ベース引出し構造を有す
るバイポーラトランジスタの製造歩留の向上及び製造手
番の短縮が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の原理を示す図、第２図
（ａ）〜（ｉ）は本発明の一実施例の工程断面図、第３
図は外部ベース井出し構造のバイポーラトランジスタの
一例の平面図ｆａ）及び側断面図ｆｂｌ、第４図は従来
方法の工程断面図 である。 図において、 １はＳｉ基体、 ２は第１のＳｉＯ□膜、 ３はポリＳｉ層、 ４は第２のＳｉＯ□膜、 ５はベース形成用開孔、 ６は第３の５４０ｇ膜、 ７はＳｉ３Ｎ４　サイドウオール、 ８はサイドエツチング部、 ９は凹部、 １０はエピタキシャルＳｉ層 を示す。 ■ ヒＢ“ＴＩ。 ゛第２図 （イの／） ５ベース＠ｆｘ、粗間孔 ？ 第２回 （イ０２） 精明の一突祐９］の］」呈斯面刀 鴻２図（丹の３） ↓ ↓ ↓ ↓ ト８”１．Ｉ イ芝釆ろ法の１断面記 第４−口（イの／） Ｌ　　　　　　　　　　　　　　−−Ｊ（ＣＬ）　　千
面図 （ｂ）／１０１ｊ斯厘刀 タト部ベース引出し精造のがイポーラｌ−ランジスタの
−りＩＩ第　　３　　図 イ芝＃、″ｊ１５法の工（断面図 審４−霞（イ０２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コレクタとなる一導電型シリコン基体上に酸化シリコン
   膜を形成する工程、 該酸化シリコン膜上にベース引出し電極となる反対導電
   型ポリシリコン層を形成する工程、該反対導電型ポリシ
   リコン層及び酸化シリコン膜を貫通し該一導電型シリコ
   ン基体面を表出する開孔を形成する工程、 水素を含む雰囲気下で基板加熱を行うエピタキシャル成
   長の前処理によって該開孔内に表出する該酸化シリコン
   膜の端部をサイドエッチングする工程、 該開孔及びサイドエッチング部に表出する一導電型シリ
   コン基体面上に、該反対導電型ポリシリコン層の下面に
   接する厚さを有してベース領域となるシリコンエピタキ
   シャル層を形成する工程を含むことを特徴とするバイポ
   ーラトランジスタの製造方法。