JPH04113627A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、多結晶シリコンにドープされた不純物を半導
体基板に拡散して各半導体領域を形成するバイポーラト
ランジスタの製造方法に係り、特にエミッタ領域の形成
に関するものである。

（従来の技術） 近年、高速ＬＳＩを実現するために、多結晶シリコンに
不純物をドープし、この不純物を熱処理により半導体基
板に拡散して各半導体領域を形成する方法を用いて製造
するトランジスタ、いわゆる超高速シリコンバイポーラ
トランジスタの研究，開発が進められている。

第２図にはこのような方法を用いて製造されたバイポー
ラトランジスタの要部断面図か示されている。

分離用絶縁膜５４て囲まれたｐ型巣結晶Ｓｉ基板５１上
には、ｎ゛埋込層５２．ｎ型のエピタキシャル層５３か
順次形成されており、このエピタキシャル層５３中には
外部ベース領域５７　内部ベース領域５８か形成されて
いる。この内部ベス領域５８の上部に位置するエピタキ
シャル層５３の表面にはエミッタ領域５９が形成され、
外部ベース領域５７上には多結晶シリコンからなるベー
ス引出し電極コンタクト部６０が形成されている。この
ベース引出し電極コンタクト部６０はボロンイオンがド
ープされた多結晶シリコンからなるベース引出し電極６
１を介してベース電極６３に電気的に接続されている。

また、エミッタ領域５９はエミッタ引出し電極６２を介
してエミッタ電極６４に電気的に接続されている。

通常、このような構成のバイポーラトランジスタのエミ
ッタ領域５９を形成するには、内部ベース領域５８が形
成された後、ベース領域とエミッタ領域とを自己整合的
に形成するために設けられた開口にエミッタ引出し電極
６２となる多結晶シリコンを堆積し、この多結晶シリコ
ンに砒素イオン等の不純物をイオン注入法を用いて注入
し、熱アニール処理することにより内部ベース領域５８
中に砒素イオンを拡散させてエミッタ領域５つを形成す
る。その後、フォトリソグラフィを用いて砒素イオンが
ドープされた多結晶シリコンをパタニングしてエミッタ
引出し電極６２を形成する。

このように多結晶シリコンを不純物拡散源として使うと
、直接内部ベース領域５８に砒素イオンを注入する方法
に比べて浅くて急峻な濃度勾配を実現でき、かつ砒素イ
オンによるエピタキシャル層５３への欠陥の発生を防く
ことができるという利点がある。

しかしこのような方法では、エミッタ引出し電極６２の
膜厚は、エミッタ引８し電極６２の中央部６２ａとその
周辺部６２ｂとでは実効的な膜厚か異なり、エミッタ引
出し電極６２に注入された砒素イオンの濃度は、膜厚の
薄い中央部６２ａては高く、膜厚の厚い周辺部６２ｂで
は低くなり易い。したがって、熱処理により砒素イオン
を内部ベース領域５８に拡散して形成されたエミッタ領
域５９の砒素イオンの濃度分布は、その開口幅方向に不
均一になる。すなわち、エミッタ領域５９の中央部５９
ａでは濃度が濃くなり、その周辺部５９ｂでは濃度が薄
くなる。またこの濃度不均一はエミッタ開口幅や堆積す
る多結晶シリコンの膜厚に大きく依存する。

したがって、所望のエミッタ領域が形成できず、コレク
タ・エミッタ間耐圧や電流増幅率にエミッタ面積依存性
が生じ、信頼性が低くなる。

また、エミッタ引出し電極６２上に形成されたエミッタ
電極６４は通常アルミで形成されているので、エミッタ
引出し電極６２の上部の段差による応力でエミッタ電極
６４と多結晶シリコン６２とが反応して素子特性に重要
な影響を与えるという問題があった。このような不都合
を防止するためにバリアメタルを介してエミッタ引出し
電極６２とエミッタ電極６４とを接合する方法があるが
、バリアメタルによってエミッタ引出し電極６２とエミ
ッタ電極６４と開の抵抗が増大するという新たな問題が
生じる。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如〈従来のバイポーラトランジスタの製造方法で
は、エミッタ引出し電極の膜厚が不均一になるため、こ
のエミッタ引出し電極に注入された不純物の濃度も不均
一になる。その結果、熱処理により内部ベース領域に拡
散した不純物はエミッタ開口幅方向に依存する濃度分布
を持つことになり、正常のエミッタ領域が形成されず、
所望のトランジスタ特性を得るのが困難になり、さらに
エミッタ引出し電極とエミッタ電極との接合がうまく取
れないという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、膜厚差の小さいエミッタ引出し電極
を形成して、トランジスタ特性を改善し、信頼性の高い
バイポーラトランジスタの製造方法を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の１＜イポーラト
ランジスタの製造方法は、半導体基板の素子形成領域に
形成された多結晶シリコンからの不純物拡散によりエミ
ッタ領域を形成するノλイポラトランジスタの製造方法
において、　前記エミッタ領域を 前記エミッタ領域を形成するために設けられた開口に少
くとも多結晶シリコンを堆積する工程と、前記開口内の
前記多結晶シリコンに形成される溝にレジストを埋め込
み前記多結晶シリコンの表面を平坦化する工程と、 前記レジストをマスクとして前記多結晶シリコンを前記
レジストの最下点までエツチングし、この後、前記レジ
ストを除去して前記開口内に表面か平坦な多結晶シリコ
ン層を形成する工程と、前記多結晶シリコン層に不純物
を導入する工程と、 熱処理により前記不純物を内部ベース領域に拡散させ、
エミッタ開口幅方向に均一な不純物濃度分布を有するエ
ミッタ領域を形成する工程と、を有する工程で形成する
ことを特徴とする。

（作用） 本発明の製造方法によれば、開口に堆積されたエミッタ
引出し電極となる多結晶シリコンの溝にレジストを埋め
込んだので、このレジストが保護膜となり、多結晶シリ
コンをエツチングしても溝の深さかさらに深くなること
はない。したがって、レジストの最下点まで多結晶シリ
コンをエツチングすることにより表面か平坦で、膜厚差
か小さいエミッタ引出し電極を形成することかできる。

その結果、エミッタ領域の濃度がエミッタ開口幅方向に
一様になり、かつエミッタ引出し電極とエミッタ電極と
の接合が良好になる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図（ａ）〜（ｋ）には本発明の一実施例に係るｎｐ
ｎバイポーラトランジスタの製造工程断面図か示されて
いる。

先ず、第１図（ａ）に示すように熱拡散を用いてｐ型巣
結晶Ｓｉ基板１に高不純物濃度のｎ゛埋込層２を形成し
、このｎ゛埋込層２の表面にｎ型のエピタキシャル層３
を形成する。次に素子分離のためにｐ型巣結晶Ｓｉ基板
１に溝を形成し、この溝の底部のみにボロンイオンを注
入してｐ型のチャネルカット領域を形成する。次に選択
酸化法を用いてウェハー表面にＳｉＯ２膜４を形成し、
さらに多結晶シリコン膜５を素子分離のための溝の中だ
けに埋め込む。次に熱酸化またはＣＶＤ法を用いて全面
にＳｉＯ２膜６を形成し、この５ｉｎ２膜６の表面にＣ
ＶＤ法により５１３Ｎ４膜７およびボロンイオンかドー
プされた多結晶シリコン膜８を順次形成する。次に選択
酸化法を用いて多結晶シリコン膜８を部分的に酸化して
ＳｉＯ□膜９を形成する。

次に同図（ｂ）に示すようにＣＶＤ法を用いて多結晶シ
リコン膜８表面に５ｉｎ２膜１２と５１３Ｎ４膜１３と
を順次堆積し、エミッタとベースとなる領域の５ｉｎ２
膜１２、Ｓｉ３Ｎ、膜１３、および多結晶シリコン膜８
を開口してベース引出し電極１１を形成し、開口部側壁
のベース引出し電極１１を熱酸化させ、露出しているベ
ース引出し電極１１の側壁に５ｉＯ７膜１４を形成する
。

次に同図（ｃ）に示すように熱燐酸溶液を用いてＳｉ３
Ｎ４膜１３と、開口部底面に露出しているＳｉ３Ｎ、膜
７をエツチングし、かつベースづ出し電極１１下のＳｉ
３Ｎ４膜７を横方向にサイドエツチングで除去してオー
バハング部を形成する。この後、フッ酸溶液を用いて５
ｉｎ２膜６を除去し、ＣＶＤ法によりノンドープの多結
晶シリコン膜（不図示）を開口部を埋めるように全面に
堆積し、等方性のドライエツチングを用いて、ベース引
出し電極１１下の空洞部、すなわちオーバハング部に多
結晶シリコンが詰込まれた状態になるべく、ノンドープ
の多結晶シリコン膜を加工し、ベース引出し電極コンタ
クト部１５を形成する。

次に同図（ｅ）示すように、熱酸化によりベス引出し電
極コンタクト部１５およびエピタキシャル層３の露出部
にＳｉＯ２膜１６膜形６する。

このときの熱工程によりベース引出し電極１１中のボロ
ンイオンがベース引出し電極コンタクト部１５を介して
エピタキシャル層３に拡散し、外部ベース領域１７か形
成される。

次に同図（ｆ）に示すように、イオン注入法を用いて５
ｉ０２膜１６の表面からボロンイオンをエピタキシャル
層３に注入して内部ベース領域１８を形成する。その後
、ＣＶＤ法を用いて開口部に多結晶シリコン膜２０を堆
積し、異方性のドライエツチングを用いて開口部の側壁
のみに残るように多結晶シリコン膜２０を除去する。そ
してこの多結晶シリコン膜２０をマスクにし、異方性の
ドライエツチングを用いてエピタキシャル層３が露出す
るようににＳｉＯ２膜１６膜形６チング除去する。

次に同図（ｇ）に示すようにＣＶＤ法を用いて開口部に
に多結晶シリコン膜２１を堆積し、このシリコン多結晶
膜２１の溝を塞ぐようにフォトレジスト２２を全面に堆
積する。

次に同図（ｈ）に示すようにシリコン多結晶膜２１にフ
ォトレジストか埋め込まれた状態になるべくフォトレジ
スト２２をエツチングし、シリコン多結晶膜２１の表面
を平坦化する。

次に同図（ｉ）に示すように多結晶シリコン膜２１に埋
め込まれたフォトレジスト２２ａをマスクとし、フォト
レジスト２２ａの最下点まで多結晶シリコン膜２１をエ
ツチングする。

次に同図（ｊ）に示すようにフォトレジスト２２ａを除
去して表面か平坦なエミッタ引出し電極２３が形成され
る。

次に同図（ｋ）に示すように砒素イオンをエミッタ引出
し電極２３に注入し、熱アニール処理することにより内
部ベース領域１８中に砒素イオンを拡散させてエミッタ
領域２４を形成し、その後、ＳｉＯ２膜１２にコンタク
トホールを開け、Ａ１等の電極材料を用いてベース電極
２５を形成し、さらにエミッタ取出し電極２３上にエミ
ッタ電極２６を形成する。

上述のようなエミッタ領域の形成方法によれば、エミッ
タ引出し電極２３となる多結晶シリコン膜２１の溝に埋
め込まれたフォトレジスト２２ａが保護膜となり、フォ
トレジストに最下点まで多結晶シリコン膜２１をエツチ
ングすることにより表面が平坦なエミッタ引出し電極２
３か形成される。

また、エミッタ引出し電極２３に注入された砒素イオン
の濃度分布は一様になり、熱アニール処理により内部ベ
ース領域１８に拡散した砒素イオン濃度はエミッタ開口
幅方向に均一となる。その結果、エミッタ領域２４の膜
厚の制御が容易になるので設計通りのエミッタ領域を形
成できトランジスタ特性が改善されると共に、エミッタ
引出し電極２３とエミッタ電極２６との密着性が改善さ
れ、バリアメタルを介してこれら電極２３．２６を接続
する必要が無くなりるので生産コストの低減が可能とな
る。したがって、信頼性、量産性に優れた高性能なバイ
ポーラトランジスタを得ることができる。

なお、本発明は上述した実施例におけるエミッタ領域の
作成に限定されるものではなく、その他バイポーラトラ
ンジスタにおけるエミッタ領域の作成にも適用でき、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施でき
る。

［発明の効果］ 本発明のバイポーラトランジスタの製造方法によれば、
エミッタの不純物拡散源となるエミッタ引出し電極の表
面か平坦化され膜厚か一定となるので、このエミッタ引
出し電極に注入された不純物の濃度分布か均一になり、
熱処理によりこの不純物をエミッタ開口幅方向に容易に
均一に拡散させることかできるので高性能で信頼性の高
いバイポーラトランジスタを得ることができる。また応
力によるエミッタ引出し電極とエミッタ電極との反応が
無くなるのでバリアメタルが不要になり、これら電極間
の抵抗の制御が容易になり生産コストの低減か可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るバイポーラトランジス
タの製造工程断面図、第２図は従来のバイポーラトラン
ジスタの断面図である。 １・・・ｐ型Ｓ１基板、２・・・ｎ型コレクタ層、３・
ｎ型エビタキンヤル層、４，６，９，１２．１４１６・
・５ＩＯ２膜、５．８，１１，２０．２１・多結晶Ｓｉ
膜、７．１３・・Ｓｉ３Ｎ４膜、１５・ベース引出し電
極コンタクト部、１７・・外部へ一ス領域、１８・・内
部ベース領域、２２，２２ａ・フォトレジスト、２３・
・エミッタ引出し電極、２４・・エミッタ領域、２５・
・ベース電極、２６エミツタ電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板の素子形成領域に形成された多結晶シリコン
   からの不純物拡散によりエミッタ領域を形成するバイポ
   ーラトランジスタの製造方法において、 前記エミッタ領域を形成するために設けられた開口に少
   なくとも多結晶シリコンを堆積する工程と、 前記開口内の前記多結晶シリコンに形成される溝にレジ
   ストを埋め込み前記多結晶シリコンの表面を平坦化する
   工程と、 前記レジストをマスクとして前記多結晶シリコンを前記
   レジストの最下点までエッチングし、この後、前記レジ
   ストを除去して前記開口内に表面が平坦な多結晶シリコ
   ン層を形成する工程と、前記多結晶シリコン層に不純物
   を導入する工程と、 熱処理により前記不純物をベース領域に拡散させ、エミ
   ッタ開口幅方向に均一な不純物濃度分布を有するエミッ
   タ領域を形成する工程と、 を有することを特徴とするバイポーラトランジスタの製
   造方法。