JPH0273630A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に膜厚の異な
る酸化膜を同時にエツチングすることを含む半導体装置
の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の技術を説明するため、Ｂｉ−ＣＭＯ３集積回路形
成過程におけるＮＰＮバイポーラトランジスタ（以下、
ＮＰＮＴｒ、と記す）のエミッタコンタクトおよびコレ
クタコンタクト上の厚さの異なる熱酸化膜を同時にウェ
ットエツチングしてコンタクト孔を形成する製造方法を
例に本発明について第５図（ａ）、　（ｂ）を用いて説
明する６まず、第５図（ａ）に示すようにＮＰＮＴｒ、
においては約６００人のパターン酸化膜１１−１を熱酸
化によって形成した後、これを介してたとえばホウ素の
イオン注入を行なうことによりベースとなるＰ型拡散領
域１２を形成する。ここで、コレクタコンタクトにはコ
レクタ抵抗を小さくするために表面濃度１０　′９〜１
０　”ａｎ−”の高濃度のリンを拡散したＮ＋型拡散領
域７−１を形成しているため、Ｎ−型エピタキシャル層
４上に約６００人の熱酸化膜１１−１を形成する場合、
コレクタコンタクト上には約１５００〜１７００人の約
３倍程度厚い熱酸化膜１１−２が形成されることになる
。したがって第５図（ｂ）のレジストをマスクにしたフ
ォトリングラフイー工程において、フッ酸系エッチャン
トにより熱酸化膜１１−１．１１−２を同時にウェット
エツチングしてコンタクト孔を開口する場合、厚い熱酸
化膜１１−２を完全に除去できるエツチング量が必要と
なり、よって薄い熱酸化膜１１−２に対してはかなりの
オーバーエツチングとなりサイドエツチングが進んで第
６図に示すようにエミッタの抜は幅がレジスト寸法より
もかなり大きくなっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の製造方法では、厚さの違う熱酸化膜を１
回のフォトリソグラフィー工程で同時にウェットエツチ
ングにより開孔する場合に厚い熱酸化膜に対するウェッ
トエツチング条件を用いるため、例えば第６図に示すよ
うに薄い熱酸化膜に対してはオーバーエツチングによる
開口部の横広がりが大きくなるという欠点がある。実際
、上述の従来例ではコレクタ側の約１５００〜１７００
人の厚い熱酸化膜１１−２を完全に開口するには約２０
００人のエツチング量が必要であり、したかってエミッ
タ側の約６００人の薄い熱酸化膜１１−１におけるサイ
ドエツチングは片側約１４００人進んでしまい、エミツ
タ幅がたとえば２μｍの場合は約２．３μｍと約１５％
も大きく抜けてしまうことになる。このことはＮＰＮＴ
ｒ、の縮小化に不利となり、またエミッタベース間の耐
圧を低下させる危険性を有する。

本発明の目的は、厚さの異なる酸化膜を１回のエツチン
グにより開孔する際、厚い酸化膜に対するエツチング条
件でエツチングしても薄い酸化膜のオーバーエツチング
を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成
された膜厚の異なる絶縁膜を同時に等方性エツチングに
より開口するフォトリソグラフィー工程において、前記
等方性エツチングを行なう前に前記等方性エツチングを
行なう前記絶縁膜領域中に前記等方性エツチングのエッ
チャントに対する増速効果をもつイオン注入を行うこと
により構成される。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）乃至（ｈ）は本発明の一実施例を説明する
ためのＢｉ−ＣＭＯ８集積回路の製造方法を工程順に示
した半導体チップの断面図である。まず、第１図（ａ）
に示すように、比抵抗ρ＝１０〜５０Ω・印のＰ−型シ
リコン基板１上に層抵抗ρ、＝２０〜５０Ω／口のＮ＋
型埋込層２−１．２−２と、ρ、＝２００〜５００Ω／
口のＰ＋型埋込層３−１．３−２とを形成した後、ρ＝
０．５〜２Ω・ｃｍ、厚さｔ＝４〜５μｍのＮ−型エピ
タキシャル層４を成長させる。次に第１図（ｂ）に示す
ようにＮチャネルＭＯＳトランジスタ（以下、ＮｃｈＴ
ｒ。

と記す）のウェル５−１および絶縁分離の一部５−２と
なるＰ型拡散領域をたとえばホウ素のイオン注入により
加速電圧Ｅ＝５０〜１００ＫｅＶ。

ドーズ量Φ＝５〜１０ＸＩ　Ｏ”ｃｍ　”で形成し、続
いてＰチャネルＭＯ３）ランジスタ（以下、ＰｃｈＴｒ
、と記す）のウェル６−１およびＮＰＮＴｒ、のコレク
タコンタクトの一部６−２となる型拡散領域を、たとえ
ばリンのイオン注入によりＥ＝　ｌ　ＯＯ〜２００Ｉ（
ｅＶ、Φ＝　１〜５　Ｘ　１０１２ｃｍ−２で形成した
後、コレクタコンタクトの一部となり、Ｎ＋型埋込層２
−１に連続するようなρ、＝１０〜２０Ω／口の高濃度
Ｎ＋拡散領域７−１をたとえばリンの拡散により形成す
る。その後、選択酸化により厚さ約１μｍのフィールド
酸化膜８を形成した後、約４００人のゲート酸化膜とな
る第１熱酸化膜厚９−１〜９−４を形成する。次いで第
１図（ｃ）に示すように、約４０００人の第１多結晶シ
リコンを成長させ、これにたとえばリンを拡散してρ、
＝１０〜２０Ω／口にした後、パターニングしてゲート
の一部１０−１．１０−２を形成する。続いて第１熱酸
化膜を除去した後、第２熱酸化膜１１−１〜１１−４を
形成するが、このときの膜厚はＮ−型エピタキシャル層
４上の１１−１で約６００人、Ｎ＋型拡散領域７−１上
の１１−２で約１５００〜１７００人となり、酸化膜の
厚さに違いができる。その後、第２熱酸化膜１１−１を
介してたとえばホウ素のイオン注入なＥ＝２０〜４０Ｉ
（ｅＶ、Φ＝３〜５Ｘ　１０”ｃｍ−”で行なうことで
ＮＰＮ　Ｔｒ、のベースとなるＰ型拡散領域１２を形成
する。次いで、第１図（ｄ）に示すように、ＮＰＮＴｒ
、のエミッタおよびコレクタのコンタクト孔を開口する
ためのフォトリソグラフィー工程を行なう。レジストを
バターニング後、本発明の特徴であるイオン注入を行な
う。すなわち、たとえばＢＦ２をＥ＝５０〜７０ＫｅＶ
。

Φ＝１０１３〜１０１４ａｍ−２でエミッタおよびコレ
クタのコンタクト孔上の第２熱酸化膜中にのみイオン注
入する。その後、バッフアートフッ酸により第２熱酸化
膜を開口するが、先にＢＦ２のイオン注入した部分はイ
オン注入されない部分に比べてエツチングレートが第３
図に示すように約２〜３倍速くなっているため、エツチ
ング時間は従来の約１／２〜１／３で済み、したがって
第２図に示すようにエミッタコンタクト孔における第２
熱酸（ｔＪｌｌ−１のサイドエツチング量を従来の約１
／２〜１／３にすることができる。次に、第１図（ｅ）
に示すようにＮＰＮＴｒ、のエミッタコンタクト孔２０
−１およびコレクタコンタクト孔２〇−２をフッ酸系エ
ッチャントによりウェットエツチングで開口した後、約
２０００人の第２多結晶シリコン層１４を成長させる。

次いで第１図（ｆ）に示すように第２多結晶シリコン層
１４をエミッタコンタクト孔２０−１およびコレクタコ
ンタクト孔２０−２上にのみ残すようにバターニングし
た後、第２熱酸化膜を除去してから約２００人の第３熱
酸化膜１５−１〜１５−４を形成する。次に、第１図（
ｇ）に示すように、この第３熱酸化膜をパターン酸化膜
にして、たとえばヒ素のイオン注入をＥ＝５０〜８０Ｋ
ｅＶ、Φ＝５Ｘ１０”〜５　Ｘ　１０　”Ｃｍ−２で行
なうことでＮＰＮ　　Ｔｒ、のエミッタ１６−１．コレ
クタコンタクトの一部１６−２およびＮｃｈ　　Ｔｒ、
のソース・ドレイン１６−３となるＮ＋型広拡散層同時
に形成し、続いてたとえばホウ素のイオン注入をＥ＝２
０〜４０　Ｋ　ｅ　Ｖ　、ΦＩ　Ｘ　１０１５〜Ｉ　Ｘ
　１０”ｃｍ−”で行なうことでＮＰＮＴｒ、のベース
フンタクトの一部１７−１およびＰｃｈ　　Ｔｒ、のソ
ース・ドレイン１７−２となるＰ型拡散層を同時に形成
する。次いで第１図（ｈ）に示すように絶縁膜となるＢ
ＰＳＧ膜１８を約１μｍ成長させた後、コンタクトを開
口し、最後にたとえばアルミニウムをスパッタリングお
よびパターニングして、ＮＰＮＴｒ、のエミッタ電極１
９−１．ベース電極１９−２．コレクタ電極１９−３．
Ｎｃｈ　　Ｔｒ、のソース・ドレイン電極１９−４およ
びＰｃｈ　　Ｔｒ。

のソース・ドレイン電極１９−５を同時に形成する。

以上説明したように本実施例は、エミッタおよびコレク
タのコンタクト孔２０−１．２０−２上の第２熱酸化膜
１１−１．１１−２中にイオン注入することによりその
領域のみエツチング速度が増速され、特にエミッタコン
タクト孔２０−１のエツチングによる横方向への抜は広
がりを極力抑え、設計値に近いエミツタ幅を実現できる
効果がある。例えば、増速効果によりイオン注入前の３
倍のエツチングレートが得られる場合、エミッタコンタ
クト孔片側約１４００人のサイドエツチングが約５００
人に低減でき、２μｍのエミツタ幅は約２．１μｍと約
５％の広がりに抑えることができる。第４図（ａ）乃至
（「）は本発明の第２の実施例を説明するための工程順
に示した半導体チップの断面図である。この例では上述
のＢｉ−ＣＭＯ８集積回路形成時にゲート酸化膜を誘電
体としたＭＯＳコンデンサを同時に形成する場合の実施
例について示す。第４図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、
　（ｄ）。

（ｅ）、　（ｆ）はそれぞれ第１の実施例で説明した第
１図（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）、　（Ｄ、　（ｇ）、
　（ｈ）の工程に対応しており、ＮＰＮ　Ｔｒ、、Ｎｃ
ｈ　Ｔｒ、、ＰｃｈＴｒ、の断面は同様であるため省略
し、ＭＯＳコンデンサの断面図のみ示す。なお、対応す
る第１図（ａ）乃至（ｈ）に用いた番号をそのまま用い
る。

このＭＯＳコンデンサは拡散層側電極に直列抵抗を下げ
、かつ、容量値の電圧依存性を小さくするため第４図（
ａ）に示すように、ＮＰＮ　Ｔｒ、のコレクタコンタク
ト７−１を形成するのと同時に高濃度リンの拡散により
Ｎ＋片拡散領域７−２を形成している。次に第４図（ｂ
）に示すように第１多結晶シリコン層１０−１．１０−
２を形成するのと同時に第１多結晶シリコン層１０−３
を形成し、第１熱酸化膜９−５を除去した後、第２熱酸
化膜１１−５を形成する。これにより、拡散層側電極の
コンタクト孔はＮＰＮＴｒ、のコレクタコンタクト上の
第２熱酸化膜１１−２と同様に約１５００〜１７００人
と厚くなった第２熱酸化膜１１−５を開口しＣればなら
ない。したがって第４図（Ｃ）に示すようにウヱットエ
ッチング直前に酸化膜中に実施例１と同様、Ｂ　Ｆ　２
をイオン注入して増速エツチングを行なうようにする。

この方法により、ＭＯＳコンデンサの拡散層側電極のコ
ンタクト孔をＮＰＮＴｒ、のエミッタおよびコレクタの
コンタクト孔と同時にウェットエツチングで開口できし
かもエミッタコンタクト孔のサイドエツチング量も上述
の実施例１の場合と同様に極力抑えることができる効果
がある。更に、第１図（ｅ）乃至（ｈ）と同様の工程を
行なうことにより、第１の実施例のＥｉ−０ＭＯ３形成
と同時にＭＯＳコンデンサを形成することができる。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、イオン注入の際の照射損
傷による熱酸化膜の増速エツチング効果を利用すること
により、膜厚の異なる酸化膜を同時にエツチングする際
、コンタクト孔などのエツチングをしたい領域が増速エ
ツチング効果により速くエツチングされるため、たとえ
膜厚の厚い酸化膜のエツチング時間でエツチングを行な
っても膜厚の薄い酸化膜のオーバーエツチングによる構
体がり等を抑えることができる。

なお、本実施例ではバイポーラトランジスタのエミッタ
とコレクタの開孔及びＭＯＳコンデンサの開孔について
説明したが、本発明はそれに限らず、酸化膜に開孔する
工程であればすべてに適用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｈ）は本発明の第１の実施例を説明
するための工程順に示した半導体チップの断面図、第２
図は第１の実施例の工程途中の部分拡大断面図、第３図
はエツチング時間とエツチング量の関係を示した相関図
、第４図（ａ）乃至（「）は本発明の第２の実施例を説
明するための半導体チップの断面図、第５図（ａ）乃至
（ｂ）は従来例を説明するための工程順に示した半導体
チップの断面図、第６図は実施例を説明するための断面
図である。 １・・・・・・Ｐ−型シリコン基板、２−１．２−２・
・・・・・Ｎ＋型埋込層、３−１．３−２・・・・・・
Ｐ＋型埋込層、４・・・・・・Ｎ−１工ピタキシヤル層
、５−１．５−２．１２・・・・・・Ｐ型拡散領域、６
−１乃至６．−３・・・・・・Ｎ型拡散領域、７−１．
７−２．１６−４乃至１６−３・・・・・・Ｎ＋型拡散
領域、８・・・・・・フィールド酸化膜、９−１乃至９
−５・・・・・・第１熱酸化膜、１Ｏ−１乃至１０−３
・・・・・・第１多結晶シリコン層、１１−１乃至１１
−５・・・・・・第２熱酸化膜、１３・・・・・レジス
ト、１４・・・・・・第２多結晶シリコン層、１５−１
乃至１５−５・・・・・・第３熱酸化膜、１７−１゜１
７−２・・・・・・Ｐ＋型拡散領域、１８・・・・・・
ＥＰＳＧ膜、１９−１乃至１９−７・・・・・・アルミ
電極、２〇−１・・・・・・エミッタコンタクト孔、２
０−２・・・・・・コレクタコンタクト孔、２０−３・
・・・・・コンデンサ拡散層電極コンタクト孔。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 力 万１図 ／４ｆｆｉテ矛でシンリド当）ｒ−シワコン眉万Ｚ凹 届ｚ図 ｌ、ッ子ンク時間 藁３図 ／、３−．５　＄３２．　酸ＩＪｊ。 （Ｃ） （ｆ） ！Ｊ４図 第４図 （ｂ） ）ｆ５５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に形成された膜厚の異なる絶縁膜を同時に
   等方性エッチングにより開口する工程において、前記等
   方性エッチングを行なう前に前記等方性エッチングを行
   なう前記絶縁膜領域中に前記等方性エッチングのエッチ
   ャントに対する増速効果をもつイオン注入を行なうこと
   を特徴とする半導体装置の製造方法。