JPH03173438A - 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】 〔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、
特にエミッタ領域の拡散工程に関する。

〔従来の技術〕

バイポーラトランジスタは半導体基板にコレクタ領域、
ベース領域及びエミッタ領域を順次重ねた構造を有して
いる。そしてエミッタ領域はベース領域の上に半導体膜
層を堆積し不純物を導入する事によって、あるいはコレ
クタ領域上に設けられた半導体膜層に対し、ベース領域
形成の為の不純物導入を行なった後エミッタ領域形成の
為の不純物導入を行なう事によって形成されていた。不
純物の導入方法としては、従来からイオン注入が用いら
れてきた。このイオン注入法はまず不純物原子をイオン
化し、質量分離した後、さらに所定のエネルギーに加速
して半導体膜層に注入するものである。不純物導入量を
正確に制御できる事、あるいは絶縁膜を介して不純物ド
ーピングが容易にできる事等の利点を有している。この
為イオン注入は従来のバイポーラトランジスタプロセス
における不純物ドーピングの技術として広く利用されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらイオン注入は不純物イオンを加速しながら
半導体膜層に照射するものである為、不純物を注入すべ
き半導体膜層の下に形成されているベース領域にも悪影
響を与えるという問題点があった。即ち加速された不純
物イオンの衝撃によりいわゆるエミッタブツシュ効果が
生じ、ベース領域における不純物の拡散分布が歪みバイ
ポーラトランジスタの動作を劣化させるという問題点が
あった。

〔問題点を解決する為の手段〕

上述した従来の技術の問題点に鑑み、本発明はベース領
域の不純物拡散分布に影響を与える事なくエミッタ領域
に対して不純物を導入する事のできる新規な注入方法を
利用したバイポーラトランジスタの製造方法を提供する
事を目的とする。

上記目的を達成する為に、本発明にかかるバイポーラト
ランジスタの製造方法は、ベース領域の上に半導体膜層
を堆積する堆積工程と、該半導体膜層の表面を清浄化し
活性面を露出する清浄化工程と、基板を加熱しながら該
活性面に対して不純物成分を有する気体を供給し不純物
吸着膜を形成する吸着工程と、不純物を該半導体膜層に
拡散する事によりエミッタ領域を形成する拡散工程とを
有する事を特徴とする。

好ましくは、該吸着工程は、シリコンからなる半導体膜
層に対してボロンからなる不純物成分を含む気体ジボラ
ンを供給しボロン吸着膜を形成する様にしている。この
結果Ｐ型の不純物が拡散されたエミッタ領域を有するＰ
ＮＰバイポーラトランジスタが製造できる。

〔作　　用〕

本発明によれば、ベース領域の上に堆積された半導体膜
層の活性面に対して不純物ガスを供給し、基板を加熱し
ながら活性面に対して不純物吸着膜を形成する。そして
この不純物吸着膜を拡散源として該半導体膜層の固相拡
散を行ないエミッタ領域を形成している。この不純物拡
散はエミッタ領域を構成する半導体膜層内に限定されて
いる為、その下方に配置されているベース領域の不純物
濃度分布には何ら影響を与えない。

〔実　施　例〕

以下図面を参照して本発明にかかるバイポーラトランジ
スタの製造方法の好適な実施例を詳細に説明する。

第１図はバイポーラトランジスタの製造工程図である。

第１図（Ａ）に示す様に、シリコンからなる半導体基板
１の上にコレクタ領域２を形成する。

コレクタ領域２はＰ型不純物が高濃度に拡散された第一
の拡散層３とＰ型の不純物が拡散された第二の拡散層４
の二層構造となっている。高濃度拡散層３はバイポーラ
トランジスタのコレクタ直列抵抗を下げる為に形成され
ており、その上の第二のＰ型拡散層４はＰＮ接合を形成
する為に配置されている。コレクタ領域２の上部にはフ
ィールド酸化膜５が形成されている。このフィールド酸
化膜５は半導体基板１の上に集積された複数のバイポー
ラトランジスタ素子を互いに分離する為のものである。

フィールド酸化膜５によって囲まれた部分が素子領域と
なる。フィールド酸化膜５は例えば選択熱酸化により形
成される。

第１図（Ｂ）に示す工程において、コレクタ領域２の上
にシリコンからなる第一の半導体膜層６が堆積される。

この第一の半導体膜層６は例えばシリコンのエピタキシ
ャル成長あるいは化学気相成長により形成する事ができ
る。

続いて第１図（Ｃ）に示す工程において、第一の半導体
膜層６に対してＮ型の不純物が導入され、ベース領域７
を形成する。Ｎ型不純物の導入は例えばイオン注入によ
り不純物ヒ素をドーピングする事により行なわれる。

第１図＜Ｄ）に示す工程において、ベース領域７の上面
に酸化膜８が形成される。酸化膜８はフィールド酸化膜
５に対応する様に、素子領域を囲んでいる。さらに酸化
膜８で囲まれた素子領域には第二の半導体膜層９が堆積
される。第二の半導体膜層９は第一の半導体膜層６と同
様にシリコンのエピタキシャル成長あるいは化学気相成
長により形成する事ができる。なお第二の半導体膜層９
は後にエミッタ領域となるのでその膜厚はベース領域と
なる第１の半導体膜層よりも厚くしである。

第１図（Ｅ）に示す工程において、第二の半導体膜層９
の表面が清浄化され、シリコン活性面が露出される。次
に基板１を加熱しながら活性面に対してＰ型の不純物成
分例えばボロンを有する不純物気体ジボランを供給し不
純物吸着膜ＬＱを形成する。不純物吸着膜１０の吸着量
は不純物気体ジボランの蒸気圧及び供給時間を制御する
事により適切に設定する事ができる。この不純物吸着膜
１０は第二の半導体膜層９の活性面に対して強固且つ安
定に堆積されている。なお、第二の半導体膜層９の堆積
が完了した時点でその活性面が露出しており直ちに不純
物吸着膜１０の形成が行なわれる場合には、特殊な清浄
化工程を行なう必要はない。

従ってここにいう清浄化工程とは第二の半導体膜層９の
活性面を保ちながら次の不純物吸着工程に移行する処理
をも含む概念である。

最後に第１図（Ｐ）に示す工程において、堆積された不
純物吸着膜ＩＯを拡散源として第二の半導体膜層９に対
して同相拡散を行ないエミッタ領域１１を形成する。こ
のＰ型不純物の拡散はエミッタ領域１１内に限定され且
つ一定濃度以上の導入量で行なわれる。その為に、不純
物吸着膜１０の吸着量を最適に設定する必要がある。吸
着量の設定は前述した様に不純物気体の導入圧力及び導
入時間により調節する事ができる。

第２図は本発明にかかるバイポーラトランジスタの製造
工程の要部をなすエミッタ領域形成処理を行なう為の製
造装置のブロック図である。図示する様に、コレクタ領
域及びベース領域の形成されたシリコン半導体基板１は
石英製の真空チャンバ１２の内部中央付近に設置される
。基板１の温度は赤外線ランプ加熱方式あるいは抵抗加
熱方式を用いた加熱系１３により制御され所定の温度に
保つ事が可能である。チャンバ１２の内部はターボ分子
ポンプを主排気ポンプとした複数のポンプから構成され
た高真空排気系１４を用いて高真空に排気する事ができ
る。チャンバ１２内部の真空度は圧力計１５により常時
モニタされている。シリコン基板１の搬送は、チャンバ
１２に対してゲートバルブ１６ａを介して接続されたロ
ード室１７とチャンバ１２との間で、ゲートバルブ１６
ａを開いた状態で搬送機構１８を駆動して行なわれる。

なお、ロード室Ｉ７は、シリコン基板１のロード室１７
への出入れ時と搬送時を除いて、通常はゲートバルブ１
６ｂを開いた状態でロード室排気系１９により高真空排
気されている。真空チャンバ１２にはガス導入制御系２
０を介してガス供給源２１が接続されている。ガス供給
源２１はエミッタ領域の形成に必要な種々の原料ガスを
保存する複数のガスボンベを備えている。ガス供給源２
１からチャンバ１２へ導入されるガスの種類、導入圧力
及び導入時間等は、ガス導入制御系２０を用いてコント
ロール可能である。

第３図は第２図に示す製造装置を用いて、バイポーラト
ランジスタのエミッタ領域形成処理を行なった場合にお
けるプロセスシーケンスチャートである。このプロセス
シーケンスチャートに従って一連の処理が一貫して行な
われる。図示する様に、まず基板を所定の温度に昇温し
且つ保持した状態で必要に応じあらかじめ基板に形成さ
れていたベース領域表面の清浄化を行なう。その後基板
温度を若干下げエミッタ領域となる半導体膜層を堆積す
る。この堆積は例えばエピタキシャル成長により行なわ
れる。次にこのエピタキシャル成長による半導体膜層の
堆積が終了した時点で必要に応じ清浄化処理を行ない半
導体膜層の活性面を露出させる。あるいはエピタキシャ
ル成長の終了した段階で半導体膜層の表面に存在する活
性面を保存する。その後この活性面に対してジボランガ
スを供給し不純物ボロンを含む吸着膜を形成する。

続いて基板加熱状態を保持し不純物吸着膜を拡散源とす
る拡散を行ないエミッタ領域を形成する。

最後に基板温度を常温に下げ完成した基板を取出す。

第２図及び第３図を参照して、本発明にかかるバイポー
ラトランジスタの製造方法の要部をなす堆積工程、清浄
化工程、吸着工程及び拡散工程を詳細に説明する。まず
堆積工程であるが、これは例えば分子層エピタキシャル
成長法により行なわれる。基板温度を８２５℃に保った
状態でガス供給源からジクロロシラン（Ｓ　ｉＨ２Ｃ１
ｌ　２　）と水素（Ｈ２）とを真空チャンバに導入して
行なう。この方法によれば堆積される半導体膜層の膜厚
を分子層レベルで制御する事ができる。堆積方法として
はこの他に分子線エピタキシャル成長法や化学気相成長
法を採用する事が可能である。次に清浄化工程であるが
、これは例えば半導体膜層の堆積を行なった後−旦真空
チャンバから取出された基板に対して行なうものである
。この場合には半導体膜層の表面には自然酸化膜が被覆
されており、これを除き活性面を露出させる必要がある
。例えばバックグランド圧力がＩ　Ｘ　ｌＯ’Ｐａ以下
に保持された真空チャンバの中に基板を保持し基板温度
を８２５℃に保った状態で水素ガスを導入して行なう。

水素ガスの導入は例えばチャンバ内部の圧力が１．３　
Ｘ　１Ｏ−２Ｐａになる様な条件で一定時間行なわれる
。なお水素ガスの導入を行なわなくても、基板１を加熱
状態で高真空に維持されたチャンバ内に放置する事によ
っても清浄化が行なわれ得る。続いて吸着工程であるが
、半導体膜層の表面の清浄化が完了した後、水素ガスの
導入を停止し、基板温度を８２５℃に維持した状態で真
空チャンバ内に不純物ボロンを含む化合物ガスであるジ
ボランを導入して行なう。例えばチャンバ内の圧力がｔ
、３Ｘｌｏ−２Ｐａとなる様な条件で、ジボランガスを
窒素ガスで５％に希釈した原料ガスを一定時間導入する
事によりボロンあるいはボロンを含む化合物の吸着膜が
形成される。最後に拡散工程であるが、これは吸着膜の
形成後ジボランガスの導入を停止し、真空中で加熱する
事により行なわれる。

この時不純物吸着膜を拡散源とした固相拡散が行なわれ
ると同時に不純物原子の活性化も行なわれる。この発明
においてはボロンの吸着量及びアニール条件（基板加熱
温度と基板加熱時間）を制御する事によって、所望の不
純物濃度及び拡散深さを有するエミッタ領域を形成する
事ができる。

第４図は上述した方法によって形成されたエミッタ領域
のボロンビーク濃度と不純物ガスの導入圧力及び導入時
間との関係を示すグラフである。

図示する様に、不純物ガスの導入圧力が高いほど拡散さ
れたボロンのピーク濃度は高くなる。同様に不純物ガス
の導入時間が長いほど拡散されたボロンのピーク濃度も
高くなる。これはボロン吸着膜の吸着量が不純物ガスジ
ボランの導入圧力及び導入時間に依存する為である。従
ってこれら不純物ガス導入パラメータを制御する事によ
り、エミッタ領域における不純物拡散濃度を最適に設定
する事が可能である。

以上に述べた実施例においては、ジボランガスを用いて
Ｐ型の不純物ボロンの拡散を行ないＰ型のエミッタ領域
を得た。Ｐ型の不純物を導入する為の不純物ガスとして
はジボラン以外に、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ
）や三塩化ホウ素（ＢＣｌ２）等に代表される■族元素
の化合物気体を採用する事ができる。同様にＮ型の不純
物をエミッタ領域に導入してＮＰＮバイポーラトランジ
スタを製造する場合にはＮ型の不純物成分を含む気体化
合物例えばアルシン（Ａ　ｓ　Ｈａ　）、三塩化リン（
ＰＣＪｌ１３）、五塩化アンチモン（ＳｂＣ＃　　）、
ホスフィン（ＰＨ３）等を利用する事ができる。

又以上に説明した実施例においては半導体膜層の堆積処
理、清浄化処理、吸着処理及び拡散処理を８２５℃の基
板温度にて行なった。しかしながら発明者の行なった研
究によれば、表面清浄化については基板温度は、バック
グランド圧力及び雰囲気ガスとの関連を含めて、８００
℃ないし１２００℃の範囲が好ましい事がわかった。又
吸芒処理における基板温度としては４００℃ないし９５
０℃の温度範囲が適している。さらにエピタキシャル成
長における基板温度としては８００℃ないし１１００℃
の範囲が好ましい。

以上に説明された実施例においては、ベース領域の不純
物拡散はイオン注入により行なわれた。

しかしながらエミッタ領域に対する不純物拡散と同様に
して、Ｎ型の不純物成分を有する不純物ガスを用いてＮ
型不純物の吸着膜を形成しこの吸着膜を拡散源として固
相拡散を行ないＮ型のベース領域を形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明した様に、本発明によれば、エミッタ領域に
対して不純物吸着膜を堆積させ、その固相拡散により不
純物の導入を行なうので、エミッタ領域の下に形成され
たベース領域の不純物拡散分布に悪影響を及ぼさないと
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はバイポーラトランジスタの製造工程図、第２図
はバイポーラトランジスタの製造装置のブロック図、第
３図はバイポーラトランジスタ製造のプロセスシーケン
スチャート、及び第４図はエミッタ領域におけるボロン
のピーク濃度とジボランガスの導入圧力及び導入時間と
の関係を示すグラフである。 １・・・シリコン半導体基板 ５・・・フィールド酸化膜 ７・・・ベース領域 ９・・・第二の半導体膜層 １１・・・エミッタ領域 ２・・・こレクタ領域 ６・・・第一の半導体膜層 ８・・・酸化膜 １０・・・不純物吸着膜 出 願 人 セイコー電子工業株式会社 代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板にコレクタ領域、ベース領域及びエミッ
   タ領域を順次重ねて形成する事により得られるバイポー
   ラトランジスタの製造方法において、ベース領域の上に
   半導体膜層を堆積する堆積工程と、 該半導体膜層の表面を清浄化し活性面を露出する清浄化
   工程と、 基板を加熱しながら該活性面に対して不純物成分を有す
   る気体を供給し不純物吸着膜を形成する吸着工程と、 不純物を該半導体膜層に拡散する事によりエミッタ領域
   を形成する拡散工程とを有する事を特徴とするバイポー
   ラトランジスタの製造方法。 ２、該吸着工程は、シリコンからなる半導体膜層に対し
   てボロンからなる不純物成分を含む気体ジボランを供給
   しボロン吸着膜を形成する事を特徴とする請求項１に記
   載のＰＮＰバイポーラトランジスタの製造方法。