JPH0240923A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はバイポーラ・トランジスタの製造方法に関し、
具体的には、自己整合エミッタ・ベース領域を有するバ
イポーラ・トランジスタのためのエミッタの窓を形成す
る方法に関する。

Ｂ、従来技術 バイポーラ・トランジスタの製造では、多くの研究がト
ランジスタの速度に増大に向けられている。個の速度を
増大するための一つの方法はトランジスタの幾何学的形
状によるものである。高速度バイポーラ・トランジスタ
の場合の、２つのクリティカルな寸法は、エミッタ・ス
トライプの幅及びベースの厚さである。エミッタ・スト
ライブの幅はエミッタ領域の横方向寸法によって画定さ
れベースの厚さはベース領域の縦方向寸法によって画定
される。ベース抵抗がトランジスタの速度に対す、る重
要な障害になるために、エミッタ・ストライブの幅及び
ベースの厚さの両方をできるだけ小さく（ト）ベース抵
抗が小さなトランジスタを製造することが望ましい。さ
らに、エミッタの長さ対幅の比はできるだけ大きくなく
てはならない。又、エミッタの長さは他の製造上の制約
によって決定されるので、エミッタ・ストライブの幅だ
けがベース抵抗を減少するために調整できる唯一の寸法
である。

通常のバイポーラ・トランジスタの製造では、ストライ
ブの幅を画定するエミッタの窓はフォトリソグラフィを
使用することによって位置決めされ、寸法が決定される
。即ち、フォトリソグラフィ用のマスクが単結晶シリコ
ン基板上にエピタキシャルに成長されたポリシリコンの
層上に位置付けられ、次にポリシリコンの層を通してエ
ミッタの窓がエッチされ、単結晶シリコンの領域が露出
される。経験によれば、本質的ベース領域を過度にエッ
チしないで外部ベース・ポリシリコン層中にエミッタの
開孔をエツチングすることは非常に困難なことがわかっ
ている。エミッタの窓を画定するためのフォトリソグラ
フィ方法は、得られる代表的な最小のエミッタ・ストラ
イブの幅が約０゜７ミクロンであるという、寸法上の限
界がある。

さらに、フォトリソグラフィ・マスキング技術を使用す
ると、本質的ベースとの整合が不適切なために、不正確
さを生じ、再現性が悪くなる。

従来技術の欠点を克服するために、エミッタの窓を画定
する種々の技術が使用されてきた。米国特許第４４９９
６５７号では、フォトリソグラフィを使用（ト）エミッ
タとベースの窓を同時に画定（ト）不整合の影響の一部
を減少している。しかし、エミッタ・ストライブの幅は
０．５乃至２ミクロンの範囲に制限されている。

米国特許第４５０４３３２号はバイポーラ・トランジス
タを製造するための自己整合技術を開示している。単結
晶シリコン基板上に熱酸化物層、窒化シリコン層及び酸
化ホウ素層が順次に付着される。通常のフォトリソグラ
フィ技術を使用（ト）ベースとエミッタの両方を形成す
るための窓がエッチされる。シリコンの層が基板全体上
にエピタキシャル成長されるが、絶縁層上にはポリ（多
結晶）シリコンが形成され、基板の露出領域上には単結
晶シリコンが形成される。ポリシリコン領域にドープ（
ト）外部ベース領域が形成されている。

次に共形的な熱酸化物層が多結晶及び単結晶シリコン領
域上に付着され、熱酸化物をエッチ（ト）単結晶が露出
される。次に内部ベース領域がインプランテーションに
よって形成され、エミッタ領域が共形的な、ドープされ
た酸化物層からの拡散によって形成される。次にエミッ
タ、ベース及びコレクタのためのコンタクト開孔が酸化
物層中に形成される。エミッタ及びベースは自己整合す
るが、処理段階が多く、複雑である。さらに、エミッタ
の窓が通常のフォトリソグラフィ技術によって画定され
ているので、幅の寸法に限界がある。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、エミッタの窓がシリコンの選択的エピ
タキシャル成長の使用によって画定されるバイポーラ・
トランジスタの製造方法を与えることにある。

本発明に従えば、従来技術で可能であったものよりもは
るかに狭いエミッタ・ストライブ幅を有するトランジス
タが与えられる。

本発明に従えば、０．５ミクロン未満の、しかも０．１
ミクロン程度のエミッタ・ストライブ幅を有するトラン
ジスタが与えられる。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明のバイポーラ・トランジスタの製造方法は、第１
の導電型の半導体材料の基板を設け、この基板上に第２
の導電型の半導体材料の第１の層を、非選択的なエピタ
キシーによって付着することを含む。第１の層の一部の
上に絶縁材料の要素を形成し、第２の導電型の半導体材
料の第２の層を選択的エピタキシーによって上記第１の
層上に形成する。この選択的エピタキシーによって、第
２の層の一部が上記要素の上面の一部の上に横方向に過
成長する。これによって第２の府中に開孔が形成され、
上記要素の上面上に露出領域が残される。第２の層上に
絶縁材料の層が形成され、開孔が狭くされ、上記要素の
露出領域が減少される。

この開孔な通して上記要素の露出領域が除去され、第１
の層の一部が露出されて、上記第１の層中に第１の導電
型の領域が形成される。

本発明の一つの実施例に従えば、ｎ導電型の、シリコン
のような半導体材料の基板には、埋設酸化物分離領域（
１６）によって取囲まれたメサ部（１４）が与えられる
。ｎ導電型シリコンの第１の層（１８）が通常の非選択
的エピタキシャル成長技術の使用によって、メサ部及び
分離領域上に付着される。この付着によって、基板の分
離領域上にはポリ（多結晶）シリコンの領域（２２）が
形成され、メサ部上には単結晶シリコンの領域（２０）
が形成される。単結晶領域の一部の上に、少なくともバ
リヤ層（窒化シリコン層）（２４）を含む絶縁材料の要
素（３０）が形成される。２酸化シリコンのような酸化
物層（２６）を窒化シリコンＩ（２４）とシリコンの第
１の層（１８）間に与えることもできる。

次にｎ導電型のシリコンの第２の層（３２）が第１の層
の単結晶シリコン領域及びポリシリコン領域上に付着さ
れる。このシリコンの第２の層の付着によって、第１の
層中のポリシリコン領域（２２）上にはポリシリコンが
形成され、第１の層中の単結晶シリコン領域（２０）上
には単結晶シリコンが形成される。このシリコンの第２
の層（３２）は選択的エピタキシャル技術によって付着
され、単結晶材料の一部が要素（３０）の一部の上にも
横方向に過成長（ト）開孔（２９）が形成され、要素（
３０）の窒化シリコン層（２４）の表面上には露出領域
（３１）が残される。第２の層（３２）上には、高圧熱
酸化によって酸化物層（４２）が形成される。開孔（２
９）の壁を覆う熱酸化物の部分は開孔をせばめ、窒化シ
リコン層（２４）の露出領域の幅を減少する。その後、
狭くなった開孔（４４）を通して要素（３０）の露出領
域が除去され、シリコンの第１の層の単結晶の領域の一
部が露出される。

ｎ導電型の領域（５４）が上記単結晶領域の露出部分（
５０）中に形成されて、トランジスタのエミッタが形成
される。エミッタ領域を通して単結晶材料の領域（２１
）が本質的ベースをなし、メサ部（１４）がトランジス
タのコレクタをなす。

エミッタは、未ドープ・ポリシリコンの領域を開孔中に
付着させ、ｎ型ドーパントをインブラントし、アニーリ
ングによりドーパントを単結晶領域に向けて拡散させる
といった、通常の技術によって形成される。本質的ベー
ス（２１）と絶縁要素（３０）に隣接する単結晶領域（
２０，３４）及び多結晶領域（２２，３６）の部分が外
部ベース領域になる。外部ベース、コレクタ及びポリシ
リコン・エミッタと接触するための金属コンタクトが形
成されて、トランジスタが完成する。

上述のように、本発明に従えば、エミッタ領域を形成す
るための窓は半導体材料の選択的なエピタキシャル成長
によって形成される。ここで選択的成長とは、シリコン
がシリコンの表面に沿って均一に成長し、そしてシリコ
ンが絶縁要素の一部の上にも過成長することをさしてい
る。選択的エピタキシャル技術は、過成長領域の垂直及
び水平方向の両方で成長速度が等しくなる成長条件で使
用することが好ましい。この過成長は所望のエミッタ・
ストライプの幅が形成されるように制御され停止される
。高圧熱酸化物層が選択的エピタキシャル層上に付着さ
れ、ポリシリコン・エミッタを外部ベース領域から分離
するが、この酸化物層はエミッタ・ストライブの幅をさ
らに減少させる効果を有する。この方法によるエミッタ
の窓の形成は、本質的ベースとエミッタの自己整合を与
える。選択的エピタキシャル成長によるエミッタの窓の
寸法の調整及び熱酸化物スペーサによる窓の再調整によ
って、非常に良好な再現性が得られる。

外部ベースは完全に単結晶であるから低抵抗であり、従
来ポリシリコンの外部ベースで必要であった厚さよりも
薄く形成できるため、エミッタの窓の深さも小さくなり
、エミッタ抵抗ががなり小さくなる。さらに、ポリシリ
コン外部ベースの抵抗はシリサイドを形成することによ
ってさらに減少させることができる。酸化物スペーサは
、エミッタと外部ベースを分離する。

Ｅ、実施例 第２図を参照すると、トランジスタ用構造体１０は分離
領域（ＲＯＸ）１６によって取囲まれた、メサ部１４を
有する単結晶シリコン基板１２を有する。メサ部には第
１の導電型のドーパントがドープされている。図示の実
施例はｎｐｎ）ランジスタに関するものであるが、本発
明の方法は同じくｐｎｐ　）ランジスタの形成にも使用
できることは明らかであろう。メサ部１４は通常の拡散
又はインプランテーション技術によって、代表的には薄
くｎ型にドープされている。領域１６は一般に知られて
いる埋設酸化物領域である。基板１２上には、半導体材
′Ｆ４（シリコン）の非選択的エピタキシャル層１８が
通常のエピタキシャル成長技術によって成長される。こ
のシリコンは単結晶のメサ部１４上の領域２０では単結
晶として成長し、埋設酸化物領域１６上の領域２２では
ポリシリコンとして成長される。図中、破線は単結晶領
域と多結晶領域の境界を示している。層１８は代表的な
場合、約２Ｘ１０１８ｃｍ　　”の程度にｐ型にドープ
されている。層１８のドーピングはエピタキシャル成長
と同時に行うこともでき、後にドーパントを層中にイン
ブラントすることもできる。層１８の代表的な厚さは５
００乃至１０００人である。

次に、層１８上には、少なくともバリヤ層（代表的には
窒化シリコン）よりなる層を付着することによって、絶
縁層が形成される。第３図に示された例示実施例では、
代表的には２酸化シリコンである熱酸化物層２６が先ず
層１８上に付着され、次に窒化シリコン・バリヤ層２４
が酸化物層２６上に付着されている。酸化物層２６は代
表的な場合、４０Ａ程度の厚さを有し、窒化物層２４は
３００Ａ程度の厚さを有する。窒化物層は低圧化学蒸着
技術（ＬＰＧＶＤ　）によって付着できる。

第４因に示したように、レジスト２８がメサ部１４上の
窒化物層２４上に置かれる。レジスト２８の幅は最終構
造体の絶縁要素を画定し、所望のエミッタ・ストライブ
の幅よりも大きくなければならない。次に反応性イオン
・エツチングを使用（ト）窒化物バリヤ層をエッチし、
酸化物層２６を露出する。ここで、選択的に、酸化物層
２６を通してホウ素（Ｂ）を非常に浅くインブラントし
、窒化物層２４の両側のシリコン層１８の領域に、代表
的には２Ｘ１０１９０ｍ−３程度に濃くドープしてもよ
い。この追加のドーピングによって、トランジスタの外
部ベース領域になるこれ等の領域の抵抗が低下する。窒
化物要素２４を通してｐ＋領域２１が本質的ベース領域
になる。

第５図に示したように、次に酸化物層２６が希釈ＨＦの
ようなウェット・エッチによって除去され、レジスト２
８が除去されて、構造体の表面が清浄にされる。このよ
うに（ト）絶縁要素３０が、層２４及び３６の残った部
分から形成される。その後、選択的エピタキシーを使用
（ト）高濃度のｐ型シリコンの第２の層３２を成長させ
る。このシリコンは絶縁要素３０の一部の上にも選択的
に過成長する。シリコンの第２の層３２は、１１８の単
結晶領域２０上では単結晶領域３４と（ト）ＦＦＪ１８
のポリシリコン領域２２上ではポリシリコン領域３６と
して成長する。領域３４及び３６は、層１８の高濃度ｐ
型領域とともに、トランジスタの外部ベースをなす。

層３・２の成長は最初絶縁要素３０の厚さまで成長し、
次に要素３０上に過成長（ト）開孔２９を形成し、要素
３０上の上側の表面３３の露出部３１を残す。好ましい
実施例では、選択的エピタキシャル技術によって、垂直
及び水平方向に等速度で成長が行われる。

要素３０によって形成されるパターンが（１００）結晶
軸に平行な時は等しい成長速度が達成されることが知ら
れている。さらに、（１００）方向の成長速度は（１１
０）方向の成長速度よりもはるかに高いことが知られて
いる。従って、絶縁要素３０の上側の表面３３まで達し
た後に、層３２は表面３３の上に垂直に成長するのと同
じ量だけ、表面３３に沿って横方向に成長する。従って
、絶縁要素３０によって画定されるリソグラフィ・パタ
ーンの形試が円形でも、長方形状のエミッタ開孔を与え
ることができる。使用できる選択的エピタキシャル技術
の例は、１９８７年ハワイのホノルル市で開かれた、電
子化学学会主催の化学蒸着についての第１０回会議の書
き直し抜粋、第９９１〜９９２頁、ギンスベルク等によ
る論文「減圧時のＳ　ｉＣ＋４を使用した低温選択的エ
ピタキシー」（Ｇｉｎｓｂｅｒ８．　ｅｔ　ａｌ、、　
Ｌｏｗｅｒ　ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｌｅｃｔｉｖ
ｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ　Ｕｓｉｎｇ　５ｉＣ１４ａｔ　Ｒ
ｅｄｕｃｅｄＰｒｅｓｓｕｒｅ、　Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ、　　ｌ　Ｑｔｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅｏｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ、　Ｅｌｅｃｔｒｏ、　Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ、　Ｈｏｎｏｌｕｌｕ、　Ｈａｗａｉｉ
、　　ｌ　９３７、ｐｐ、９９１．９９２）に開示され
ている。

選択的エピタキシャル層３２は、代表的には１０００〜
３０００＾の厚さに成長される。成長温度は８７５℃も
しくはそれ以下に保持されることが好ましい。現在では
エピタキシャル成長が７゜０℃以下の温度で遂行される
技術が現れている。

本発明の実施にとっては、絶縁要素３ｏの下に形成され
る本質的ベースへの損傷を避けるために、成長温度はで
きるだけ低く保たれることが好ましい。層３２の選択的
エピタキシャル成長は、所望の幅を有する開孔２９を与
えるように容易に制御できる成長条件の下に行われる。

開孔２９の幅は０．５ミクロン未満にすることができ、
また０゜１ミクロン程度に小さくすることもできる。

第６図に示したように、熱酸化物層４２が選択的エピタ
キシャル層３２上に付着される。層４２は外部ベース領
域をその後に形成されるポリシリコン・エミッタから分
離する。さらに、第５図の開孔２９の幅は熱酸化物層４
２の付着によって減少される。層４２は高圧低温酸化処
理によって形成されることが好ましい。層４２は要素３
０の露出部３１の一部と接触している。この熱酸化は７
００℃〜８００℃の温度で行なって、本質的ベース領域
２１が外方に拡散するのを防止することが好ましい。こ
の熱酸化中、窒化物層２４は酸化バリヤとして働き、本
質的ベース領域２１の酸化を防止する。熱酸化物層２６
は、窒化物層２４が直接層１８と接触した時に存在する
ひずみを解放する働きを有する。酸化物層４２は、代表
的な場合１０００〜２０００Ａの厚さに成長される。層
４２によって、かなり狭い開孔４４が形成され、より狭
い露出領域が形成される。

その後、第７図に示されたように、窒化物層の露出部４
６は代表的にはドライ・エッチ処理によって選択的にエ
ッチされ、酸化物層２６の一部はウェット・エッチ処理
によって除去され、これによって、絶縁要素３０にトレ
ンチ４３が形成され、単結晶の本質的ベース領域２１に
隣接した領域５０が露出される。開孔４４内の熱酸化物
層４２も少し除去され、層４２及び絶縁要素３０の側縁
はほぼ同一面で整列する。

第１図に示すように、ポリシリコンの導電性要素がトレ
ンチ４３と開孔４４内に付着され、領域５０と接触し、
層４２上に延在している。このポリシリコン領域５２に
はドーパント、代表的にはひ素がインブラントされ、過
熱されて、ｎ導電型領域５４が単結晶領域２１中に拡散
されて、エミッタが形成される。本質的ベース領域２１
の一部は略同量だけ単結晶領域１４中に拡散する。金属
コンタクト５６が要素５２上にエミッタ・コンタクトと
して形成され、コンタクト５８及び６０は夫々ベース及
びコンタクトとして付着される。

なお、コレクタ・コンタクト６０が接続される、破線で
示したコレクタ・リーチ・スルーは、エピタキシャル層
３６．２２及び分離領域１６にトレンチを形成し、ｎ型
に濃くドープしたシリコンをトレンチ内に付着させるこ
とにより、通常の技術で形成できる。

第８図に示したように、代替実施例では、エミッタの窓
４３．４４の形成後に分離領域６２が形成されている。

第８図で、同じ要素は第１−７図と同じ番号で示されて
いる。エミッタの窓を上述のようにして画定した後、ト
レンチ６４が形成され、適切な分離材料が充填されて、
分離領域６２が形成される。基板１２には最初分離領域
が与えられていないために、層１８と３２は完全に単結
晶である。分離領域６２には酸化物もしくは窒化物のよ
うな任意の絶縁材料もしくはポリシリコンが充填できる
。次にエミッタ領域が代表的な拡散技術によって形成さ
れる。

本発明の方法によれば、エミッタ領域５４と本質的ベー
ス領域２１は、エミッタの窓４３．４４を画定するのに
選択的エピタキシーを使用することにより自己整合状態
で形成される。さらに、外部ベース領域３４とエミッタ
領域５４間の層４２によって与えられる垂直スペーサは
高濃度の、外方拡散エミッタ５４と外部ベース間のトン
ネリングを防止する。従って、エミッタの窓を画定する
のに光学的リソグラフィはもはや必要でない。光学的リ
ソグラフィは、その上に選択的エピタキシャル層が成長
される絶縁要素を形成するパターンを画定するのに使用
されるだけである。選択的エピタキシーによって、０．
５ミクロン未満そして０．１ミクロン程度のサブミクロ
ン範囲の小さなエミッタ・ストライブ幅が得られる。こ
の幅はさらに絶縁層を付着することによって減少できる
。

従って、ベース及びエミッタをインブラントするのに従
来のようにポリシリコンをエッチする必要はない。

Ｆ０発明の効果 本発明に従えば、エミッタの窓がシリコンの選択的エピ
タキシャル成長の使用によって画定されるバイポーラ・
トランジスタの製造方法が与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のバイポーラ・トランジス
タの製造方法の最終段階を示した断面図である。 第２図乃至第７図は第１図の最終段階に至るまでの本発
明に従う種々の段階を示した断面図である。 第８図は本発明の代替実施例のバイポーラ・トランジス
タの一製造段階の断面図である。 １０・・・・構造体、１２・・・・基板、１４・・・・
メサ部、１６・・・・分離領域、１８・・・・エピタキ
シャル層、２０．３４・・・・単結晶領域、２１・・・
・本質的ベース領域、２２．３６・・・・多結晶領域、
２４・・・・バリア（窒化物）層、２６・・・・熱酸化
物層、２８・・・・レジスト、３０・・・・絶縁要素、
３１・・・・表面の露出部、３２・・・・選択的エピタ
キシャル層、３３・・・・絶縁要素の表面、４２・・・
・熱酸化物層、４３・・・・トレンチ、４４・・・・開
孔、４６・・・・露出部、５２・・・・導電性ポリシリ
コン領域、５４・・・・エミッタ領域、５６・・・・エ
ミッタ・コンタクト、５８・・・・ベース・コンタクト
、６０・・・・コレクタ・コンタクト 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名） 本発明の最終段階 第１図 ４６−・、露出部 ５０−を享出音β 第７図 ２１−・本ｇｘ的ヘース ２８−Ｌリスト ウ只 第４図 １２ノ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （イ）その一部がコレクタ領域となる第１の導電型の半
   導体材料の基板を与え、 （ロ）上記基板上に、その一部が本質的ベース領域とな
   る第２の導電型の半導体材料の第１野層を付着し、 （ハ）上記本質的ベース領域となる領域を覆うように上
   記第１の層の一部の上に絶縁材料の要素を形成し、 （ニ）上記第１の層上に、上記第２の導電型の半導体材
   料の第２の層を付着レ且つ該第２の層の一部を上記要素
   の上面の一部の上に横方向に過成長させて開孔を形成し
   、 （ホ）上記第２の層上に絶縁材料の層を形成して、上記
   開孔を狭くし、 （へ）上記開孔を通して上記要素の露出領域を除去（ト
   ）上記開孔を通して上記第１の層中に上記第１の導電型
   のエミッタ領域を形成する段階を有する、バイポーラ・
   トランジスタの製造方法。