JPH0465528B2 - - Google Patents

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JPH0465528B2
JPH0465528B2 JP57157023A JP15702382A JPH0465528B2 JP H0465528 B2 JPH0465528 B2 JP H0465528B2 JP 57157023 A JP57157023 A JP 57157023A JP 15702382 A JP15702382 A JP 15702382A JP H0465528 B2 JPH0465528 B2 JP H0465528B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にバ
イポーラ型半導体装置の製造方法に係る。
〔発明の技術的背景〕
近年、半導体装置の微細加工技術の進歩は著し
く、イオン注入技術、選択酸化法等が大きくこれ
に寄与している。バイポーラ型半導体装置におい
ても高集積化、高速化を図るために選択酸化法、
特にリセスドオキサイド法(埋込み酸化法)は必
要欠くべからざる方法であり、バイポーラ型集積
回路のうちI2L,ECL等の製造工程において一般
的に使用されている。また、このような選択酸化
法を用いて例えばコレクタ領域となるn型半導体
層にフイールド酸化膜及びこのフイールド酸化膜
により囲まれた素子領域を形成し、更に該素子領
域にp型ベース領域を形成した後、該p型ベース
領域の一部及びフイールド酸化膜上にn型不純
物、特に拡散係数の小さい砒素をドープした多結
晶シリコン膜パターンを形成し、これを拡散源と
して前記フイールド酸化膜と接するように浅い
n+型エミツタ領域を形成するとともに、該多結
晶シリコン膜パターンを電極の取出しに利用する
技術を併用すれば、素子特性を改善することがで
きる。
〔背景技術の問題点〕
上述した選択酸化法は種々の利点を有する一方
で以下のような欠点も有する。すなわち、選択酸
化時にバーズビーク直下にデイスロケーシヨンや
OSF(Cxidation induced Stacking Faults)が
発生し、フイールド酸化膜と接するエミツタ領域
を形成する際、バーズビーク直下付近で不純物の
異常拡散が起こつたり、選択酸化によつてリンの
パイルアツプ現象等が発生する。この結果、C
(コレクタ)−E(エミツタ)耐圧不良が生じ、歩
留りが低下する。この傾向は高集積化が進むとま
すます顕著になつてくる。
ここで、選択酸化のマスクとなるシリコン窒化
膜及びその下の薄いバツフア酸化膜の厚さとデイ
スロケーシヨン等の発生との関係を述べると、シ
リコン窒化膜をできるだけ薄くし、バツフア酸化
膜を厚くすればデイスロケーシヨン等の発生を低
減することができる。一方、上述したようにシリ
コン窒化膜を薄くし、バツフア酸化膜を厚くする
と、横方向の酸化がより進行して選択酸化時のパ
ターン変換差が大きくなるため微細化が困難とな
る。したがつて、バイポーラ型半導体装置の製造
に選択酸化法を用いた場合、デイスロケーシヨン
等の発生とパターン変換差を考慮して、シリコン
窒化膜及びバツフア酸化膜の厚さの最適条件を決
定し、微細化しても歩留りが低減しないようにし
ている。
ところが、選択酸化法を用い、更に砒素をドー
プした多結晶シリコン膜パターンを拡散源として
対向する二側面がフイールド酸化膜と接する浅い
n型不純物領域(エミツタ領域)を形成する技術
を併用して、高速度、高性能のバイポーラ型半導
体装置を得ようとした場合、上述した選択酸化の
条件が最適であるにもかかわらず、C−Eリーク
あるいはC−Eシヨートが問題となつて、予想以
上に歩留りが低下するという欠点があつた。こう
した歩留り低下は、選択酸化の条件のみならず、
多結晶シリコン膜パターン中の不純物濃度にも影
響されてデイスロケーシヨン等が発生し、こうし
た結晶欠陥にそつて不純物の異常拡散が起こり、
C−EリークあるいはC−Eシヨートが生じるた
めであると予想される。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、選択酸化法及び多結晶シリコン膜パターンか
らの拡散技術を用いる半導体装置の製造方法にお
いて、デイスロケーシヨンやOSFの発生に起因
する不純物の異常拡散を防止し、コレクタ−エミ
ツタ間のリークやシヨートの発生を減少させ、歩
留りの低下を防止し得る半導体装置の製造方法を
提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
上述したように選択酸化法及び不純物を含む多
結晶シリコン膜パターンを拡散源として不純物領
域を形成するとともにこの多結晶シリコン膜パタ
ーンを取出し電極として利用する方法を併用して
製造されたバイポーラ型半導体装置におけるC−
Eリーク、C−Eシヨートはデイスロケーシヨン
等の欠陥の発生に起因し、こうした欠陥にそつて
不純物の異常拡散が起こつているためであると考
えられる。また、欠陥の発生する原因は半導体層
に発生する応力であり、この応力は選択酸化膜の
膜厚が厚いほど、また拡散される不純物の濃度が
高いほど大きくなり、両者の要因によつて応力が
ある程度以上になるとデイスロケーシヨン等の欠
陥が発生すると考えられる。
そこで、本発明者は選択酸化膜の膜厚及び多結
晶シリコン膜パターン中の不純物濃度が歩留りに
どのように影響するかを実験した。実験は第1図
及び第2図に示したバイポーラトランジスタで構
成された10000素子のトランジスタアレーを用い
て厳密に評価を行つた。第1図及び第2図図示の
トランジスタアレーは以下のようにして製造され
る。まず、p-型シリコン基板1表面にn+型埋込
み領域2を形成する。次に、全面にn型エピタキ
シヤル層(コレクタ領域)3を成長させた後、バ
ツフア酸化膜パターン及びシリコン窒化膜パター
ンを形成する。つづいて、選択酸化法によりフイ
ールド酸化膜4及びこのフイールド酸化膜4によ
り囲まれた素子領域を形成する。つづいて、前記
シリコン窒化膜パターン及びバツフア酸化膜パタ
ーンを除去した後、この素子領域にp型不純物を
イオン注入してp型ベース領域5を形成する。つ
づいて、全面にアンドープ多結晶シリコン膜を堆
積し、砒素をイオン注入して濃度を均一化した
後、パターニングして砒素を含む多結晶シリコン
膜パターン6…を形成する。つづいて、この多結
晶シリコン膜パターン6…から砒素を拡散させ
て、対向する二側面が前記フイールド酸化膜4に
接するn+型エミツタ領域7を形成する。つづい
て、全面にCVD−SiO2膜8を堆積し、コンタク
トホール9…を開孔した後、Al膜を蒸着し、パ
ターニングしてベース電極10を形成する。な
お、多結晶シリコン膜パターン6…はn+型エミ
ツタ領域7の取出し電極であり、全てチツプ内の
測定用パツドに接続されている。同様に、ベース
電極10も全てチツプ内の別の測定用パツドに接
続されている。また、図示しないコレクタ電極は
n+型埋込み領域2より表面に取り出しチツプ内
の別の測定用パツドに接続されている。
上述したトランジスタアレーにおいて、バツフ
ア酸化膜の膜厚を300Å、シリコン窒化膜の膜厚
を1000Åとし、酸化時間を変化させてフイールド
酸化膜4の膜厚を0.5〜1.5μmの範囲で変化させ
た。また、多結晶シリコン膜パターン6の砒素濃
度は2.5×1020〜1.0×1021cm-3の範囲で変化させ
た。10000素子のトランジスタアレーの測定はC
−E間に0.3Vの電圧を印加し、リーク電流ICE
1μAのものを良品とした。第3図にC−Eリーク
のウエハ面内マツプの一例を、第4図にフイール
ド酸化膜の膜厚及び多結晶シリコン膜パターン中
の砒素濃度と歩留りとの関係を夫々示す。
第3図からウエハの中央部にもリーク電流の大
きいものがあり、バイポーラ型半導体装置の歩留
りの向上のためには、これらを極力抑える必要が
あることがわかる。また、ライトエツチングによ
り欠陥を観察したところ、リーク電流の大きいも
のはエミツタ領域とフイールド酸化膜の交わる位
置(エミツタエツジ)においてデイスロケーシヨ
ンが発生しており、このデイスロケーシヨンにそ
つた砒素の異常拡散がC−Eリークの原因である
ことが確認された。
また、第4図から歩留りが80%以上となるよう
なフイールド酸化膜の膜厚及び多結晶シリコン膜
パターン中の砒素濃度の臨界条件は以下のようで
あつた。すなわち、フイールド酸化膜の膜厚が
2500Åの場合、多結晶シリコン膜パターン中の砒
素濃度は1×1021cm-3以下、砒素濃度1×1020cm
-3の場合、フイールド酸化膜の膜厚は1.3μm以下
である。これを、フイールド酸化膜の膜厚tと多
結晶シリコン膜パターン中の砒素濃度nを変数と
する一次式で表わして t(μm)≦−0.117×10-20(μm・cm3)・n(cm-3

+1.42(μm) の条件を満たせばバイポーラ型半導体装置の歩留
りを向上することができる。
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、
n型の半導体層に選択酸化法によりフイールド酸
化膜及びこのフイールド酸化膜により分離された
島状の素子領域を形成した後、該素子領域に部分
的にp型の不純物領域を形成し、更に少なくとも
該p型の不純物領域の一部及びフイールド酸化膜
上に砒素を含む多結晶シリコン膜パターンを形成
し、該多結晶シリコン膜パターンから砒素を拡散
させて前記フイールド酸化膜に接するn型の不純
物領域を形成する工程を有する半導体装置の製造
方法において、前記フイールド酸化膜の膜厚tと
前記多結晶シリコン膜パターンに含まれる砒素の
濃度n(ただし、1×1019≦n(cm-3)≦1×1021
が t(μm)≦−0.117×10-20(μm・cm3)・n(cm-3

+1.42(μm) の関係を満たすことを特徴とするものである。
なお、フイールド酸化膜の膜厚及び多結晶シリ
コン膜パターン中の不純物濃度は寄生容量やコン
タクト抵抗等の素子特性を考慮して最適な条件を
選ぶことはいうまでもない。したがつて、多結晶
シリコン膜パターン中の不純物濃度nに関して
は、1×1019〜1×1021cm-3の範囲とした。これ
はnが1×1019cm-3未満であると良好なn+オーミ
ツクコンタクトを取ることが困難となること、ま
た、多結晶シリコン膜自体の抵抗が大となつてし
まうからであり、またnが1×1021cm-3を超える
とフイールド酸化膜の厚さは2500Å以下となり誘
電体分離技術のみではトランジスタの分離が困難
であること(エピ技術、拡散技術で制限される)、
寄生容量も大きくなつてくる等からである。
また、本発明方法において用いられる第1導電
型の不純物を含む多結晶シリコン膜パターンは、
アンドープ多結晶シリコン膜に砒素をイオン注入
し、熱処理を施して多結晶シリコン膜中の濃度を
均一化した後、パターニングすることにより形成
してもよいし、CVD法により砒素をドープした
多結晶シリコン膜を堆積した後、パターニングす
ることにより形成してもよい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明方法をnpnバイポーラトランジス
タの製造に適用した実施例を第5図a〜dを参照
して説明する。
まず、p-型シリコン基板11にSbを選択拡散
したn+型埋込み領域12を形成した。次に、n
型エピタキシヤル層(コレクタ領域)13を形成
した後、厚さ300Åのバツフア酸化膜及び厚さ
1000Åのシリコン窒化膜を順次堆積し、更にパタ
ーニングしてバツフア酸化膜パターン14及びシ
リコン窒化膜パターン15を形成した(第5図a
図示)。
次いで、前記シリコン窒化膜パターン15をマ
スクとしてKOHとイソプロピルアルコールの混
液により異方性エツチングを行つた後、1000℃の
燃焼酸化を行い、厚さ1μmのフイールド酸化膜1
6及びこのフイールド酸化膜16により囲まれた
島状の素子領域を形成した(第5図b図示)。
次いで、前記シリコン窒化膜パターン15及び
バツフア酸化膜パターン14を順次エツチング除
去した後、露出したn型エピタキシヤル層(コレ
クタ領域)13表面に薄い熱酸化膜を形成した。
つづいて、前記n型エピタキシヤル層(コレクタ
領域)13の一部にボロンをイオン注入した後、
アニールを行いp型ベース領域17を形成した。
つづいて、エミツタ形成予定部上及びコレクタコ
ンタクト形成予定部上に対応する前記薄い熱酸化
膜を選択的にエツチング除去した。つづいて、全
面に厚さ2000〜2500Åのアンドープ多結晶シリコ
ン膜18を堆積した後、ドース量7×1015cm-2
条件で砒素をイオン注入し、アニールを行つて多
結晶シリコン膜18の砒素濃度を均一化した。こ
れによつて、多結晶シリコン膜18中の砒素濃度
は3.5×1020cm-3となつた(第5図c図示)。上
述したフイールド酸化膜16の膜厚1μm及び多結
晶シリコン膜18中の砒素濃度3.5×1020cm-3
本発明方法の条件を満たすものである。
次いで、前記多結晶シリコン膜18を写真蝕刻
法によりパターニングして前記p型ベース領域1
7の一部上及びフイールド酸化膜16上に多結晶
シリコン膜パターン18′を形成した後、熱処理
を施して、前記p型ベース領域17の一部に対向
する二側面が前記フイールド酸化膜16に接する
n+型エミツタ領域19を形成した。これと同時
に図示しないn+型コレクタコンタクト領域も形
成した。つづいて、全面にCVD−SiO2膜20を
堆積した後、前記多結晶シリコン膜パターン1
8′上及び他の領域上のCVD−SiO2膜20にコン
タクトホール21…を開孔した。つづいて、全面
にAl−Cu−Si膜を蒸着した後、パターニングし
て配線22を形成し、npnバイポーラトランジス
タを製造した(第5図d図示)。
しかして、本発明方法によれば、フイールド酸
化膜16の膜厚を考慮して、エミツタの拡散源と
なる多結晶シリコン膜パターン18′中の砒素濃
度を規定することにより、デイスロケーシヨン等
の発生を防止し、エミツタエツジでの砒素の異常
拡散を防止することができる。したがつて、C−
EリークやC−Eシヨートをなくし、歩留りを大
幅に向上することができる。
なお、本発明方法はI2L,ECL等のバイポーラ
型半導体装置の製造にも適用できる。
また、上記実施例ではベース領域をシングル構
造としたが、p+型外部ベース領域を形成し、ダ
ブルベース構造としてもよい。また、上記実施例
ではアンドープ多結晶シリコン膜に砒素をイオン
注入した後、パターニングして多結晶シリコン膜
パターンを形成したが、CVD法により砒素ドー
プ多結晶シリコン膜を堆積した後、パターニング
して多結晶シリコン膜パターンを形成してもよ
い。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば選択酸化法
及び多結晶シリコン膜パターンからの拡散技術を
用いる半導体装置の製造方法において、デイスロ
ケーシヨンやOSFの発生に起因する不純物の異
常拡散を防止し、コレクタ−エミツタ間のリーク
やシヨートの発生を減少させ、歩留りの低下を防
止し得る半導体装置の製造方法を提供できるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図はトランジスタアレーの平面図、第2図
は第1図の−線に沿う断面図、第3図はC−
Eリークのウエハ面内マツプ、第4図はフイール
ド酸化膜の膜厚及び多結晶シリコン膜パターン中
の砒素濃度と歩留りとの関係を示す線図、第5図
a〜dは本発明の実施例におけるnpnバイポーラ
トランジスタの製造方法を工程順に示す断面図で
ある。 11…p-型シリコン基板、12…n+型埋込み
領域、13…n型エピタキシヤル層(コレクタ領
域)、16…バツフア酸化膜パターン、15…シ
リコン窒化膜パターン、16…フイールド酸化
膜、17…p型ベース領域、18…多結晶シリコ
ン膜、18′…多結晶シリコン膜パターン、19
…n+型エミツタ領域、20…CVD−SiO2膜、2
1…コンタクトホール、22…配線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 n型の半導体層に選択酸化法によりフイール
    ド酸化膜及びこのフイールド酸化膜により分離さ
    れた島状の素子領域を形成した後、該素子領域に
    部分的にp型の不純物領域を形成し、更に少なく
    とも該p型の不純物領域の一部及びフイールド酸
    化膜上に砒素を含む多結晶シリコン膜パターンを
    形成し、該多結晶シリコン膜パターンから砒素を
    拡散させて前記フイールド酸化膜に接するn型の
    不純物領域を形成する工程を有する半導体装置の
    製造方法において、前記フイールド酸化膜の膜厚
    tと前記多結晶シリコン膜パターンに含まれる砒
    素の濃度n(ただし、1×1019≦n(cm-3)≦1×
    1021)が t(μm)≦−0.117×10-20(μm・cm3)・n(cm-3

    +1.42(μm) の関係を満たすことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。 2 p型の不純物領域がベース領域、多結晶シリ
    コン膜パターンから砒素を拡散させて形成される
    n型の不純物領域がエミツタ領域及びコレクタコ
    ンタクト領域であり、かつ前記多結晶シリコン膜
    パターンをエミツタ及びコレクタの取出し電極と
    して利用することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置の製造方法。 3 砒素を含む多結晶シリコン膜パターンをアン
    ドープ多結晶シリコン膜に砒素をイオン注入し、
    熱処理を施して多結晶シリコン膜中の濃度を均一
    化した後、パターニングして形成することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載
    の半導体装置の製造方法。 4 砒素を含む多結晶シリコン膜パターンを
    CVD法により砒素をドープした多結晶シリコン
    膜を堆積した後、パターニングして形成すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項もしくは第2
    項記載の半導体装置の製造方法。
JP57157023A 1982-09-09 1982-09-09 半導体装置の製造方法 Granted JPS5946065A (ja)

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US06/528,793 US4512074A (en) 1982-09-09 1983-09-02 Method for manufacturing a semiconductor device utilizing selective oxidation and diffusion from a polycrystalline source

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JPS5946065A JPS5946065A (ja) 1984-03-15
JPH0465528B2 true JPH0465528B2 (ja) 1992-10-20

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