JPH05235017A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05235017A
JPH05235017A JP4038928A JP3892892A JPH05235017A JP H05235017 A JPH05235017 A JP H05235017A JP 4038928 A JP4038928 A JP 4038928A JP 3892892 A JP3892892 A JP 3892892A JP H05235017 A JPH05235017 A JP H05235017A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ベース層を選択的エピタキシャル成長によって
形成する自己整合バイポーラトランジスタで、真性ベー
スと電極ポリシリコンとの接触抵抗を低減する。 【構成】ひさし状の構造を有するベース電極用多結晶シ
リコン層8の開口側壁下部及び下面から真性ベース引き
出し用多結晶シリコン層13を選択的に成長させ、真性
ベース層12と接続させることにより、充分に広い接触
面積を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係わり、
特にバイポーラトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のバイポーラ・トランジスタを図8
に示す。
【0003】比抵率が約10Ω・cmのp- 型シリコン
基板1にAsを拡散させたn+ 型埋込層2を有し、更に
濃度約5×1015cm-3,厚さ約1.8μmのn- 型エ
ピタキシャル層4を有する。素子を分離する為のロコス
層5,コレクタ電極引出し用としてのn+ 型リン拡散層
9,ベース電極用多結晶シリコン8とエピタキシャル層
とを分離する窒化膜21,p型3×1018cm-3,60
nm(ナノメータ)の単結晶シリコン真性ベース24,
多結晶シリコン外部ベース25及びn型不純物が添加さ
れた単結晶エミッタ26とを有する。ベース,エミッタ
及びコレクタ領域は各々ベース電極用多結晶シリコン
8,コレクタ電極用多結晶シリコン7及びエミッタ用単
結晶シリコン26を有し金属電極と電極用多結晶シリコ
ンとを分離している酸化膜22,酸化膜23とを介して
Al系電極17を有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
では、ベース層を選択的成長技術で形成する工程におい
て、既に形成されているベース電極用多結晶シリコン層
が側壁絶縁膜で覆われているために、真性ベース層24
とベース電極用多結晶シリコン層8とを接続する多結晶
シリコン外部ベース25がベース電極用多結晶シリコン
層8の下部のみに形成されるため充分に低いコンタクト
抵抗とするためには、ひさしの奥まで多結晶シリコン外
部ベース25を埋め込む必要があるが、技術的に非常な
困難であり、空洞ができてしまう。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
真性ベース及び接続用多結晶シリコンを選択的に成長さ
せる際に、ベース電極用多結晶シリコンの側壁絶縁膜の
下部が除去されている。すなわち選択成長する時、ひさ
し状構造となっているベース電極用多結晶シリコンの下
の面及び側壁下部に選択的に成長した多結晶シリコンを
介して選択的に成長させた真性ベース層と接続してい
る。
【0006】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1の実施例の半導体装置の縦断面
図である。npn型バイポーラトランジスタについて説
明するがpnp型についても同様に適用できる。
【0007】室温での抵抗率が10〜20Ω・cmであ
り、(100)面方位を有するp-型シリコン基板1の
表面に、n+ 型埋込層2及びチャネルストッパー用のp
+ 型埋込層3を形成し、それらの上に濃度約1×1017
cm-3、厚さ約0.4μmのn型シリコンエピタキシャ
ル層4を形成し、素子間を分離する厚い酸化膜のロコス
層5の下端は埋込層に達している。シリコン窒化膜6は
ロコス層5及びn型シリコンエピタキシャル層4上にあ
るが、コレクタ電極用多結晶シリコン7及び真性ベース
層12の領域は除去されている。又、コレクタ電極用多
結晶シリコン層7の下面と、n+ 型埋込層との間にn+
型リン拡散層を有する。
【0008】n型シリコンエピタキシャル層4上でシリ
コン窒化膜6が開口されている領域にはボロン濃度が約
3×1018cm-3、厚さが約60nmであるシリコン層
すなわち真性ベース層12を有する。この真性ベース層
の下面は、形成時には、シリコン窒化膜6の下面と一致
しているが形成後の熱処理によって数10nmの深さだ
けn型シリコンエピタキシャル層4の中へ広がってい
る。
【0009】真性ベース層12を有する、シリコン窒化
膜6の開口から一定の長さだけ開口上につき出したベー
ス電極用多結晶シリコン層8とを有し、ベース電極用多
結晶シリコン8及びコレクタ電極用多結晶シリコン7上
をシリコン酸化膜10が覆い、シリコン酸化膜10の側
壁部及びベース電極用多結晶シリコン8の側壁上部をシ
リコン酸化膜11がおおっている。ベース電極用多結晶
シリコン8の側壁部のうちで、シリコン酸化膜11で覆
われていない領域、及びベース電極用多結晶シリコン8
の下面のうちで、シリコン窒化膜に接していない領域に
接して尚かつベース電極用多結晶シリコン層8の開口端
よりも開口内側に延在している位置に、真性ベース引き
出し用多結晶シリコン13を有する。
【0010】真性ベース層12が形成されている開口内
には、シリコン酸化膜11及び真性ベース引き出し用多
結晶シリコン13に対してその側面を接し、かつ真性ベ
ース層12に対してその下面を接するシリコン酸化膜1
4が設けられている。
【0011】真性ベース層12内のシリコン酸化膜14
によって形成される開口端下部領域には、単結晶であり
+ 型のエミッタ16が設けられ、エミッタ16及びシ
リコン酸化膜14で囲まれた領域に、n+ 型のエミッタ
電極用多結晶シリコン層15を有し、コレクタ電極用多
結晶シリコン層7上、ベース電極用多結晶シリコン層8
上、及びエミッタ電極用多結晶シリコン層15上にはア
ルミ系電極17が設けられている。
【0012】次に図2に本発明の第1の実施例の半導体
装置の主要作製工程を示す。
【0013】図2(A)では、p- 型シリコン基板1に
ヒ素を拡散させたn+ 型埋込層2、及びボロンを拡散さ
せたp+ 型埋込層3を形成後、n型エピタキシャルシリ
コン層4を成長させ、リソグラフィーとドライエッチン
グによってパターニングされたシリコン窒化膜(図中に
示さず)をマスクにして形成されたロコス層5によって
隣接素子間分離を行なった後に、シリコン窒化膜6を堆
積、コレクタ電極を形成する領域のみシリコン窒化膜6
を開口する。その後に無添加多結晶シリコン層をLPC
VD法によって表面に堆積させ、通常のフォトリソグラ
フィー及び異方性ドライエッチングによってコレクタ電
極用多結晶シリコン7及びベース電極用多結晶シリコン
層8を形成する。この多結晶シリコンの異方性ドライエ
ッチングの工程の直前ないしは直後に通常のフォトリス
グラフィー技術を用いてベース電極用多結晶シリコン層
8にだけ選択的にボロンを高濃度にイオン注入しておく
必要がある。次に表面をシリコン窒化膜(図に示さず)
で被覆後フォトリソグラフィー,ドライエッチングによ
ってコレクタ電極用多結晶シリコン層7上のシリコン窒
化膜を除去,開口し表面より燐を拡散させることにより
+ 型リン拡散層9を形成する。
【0014】燐拡散のマスクに用いたシリコン窒化膜を
熱した燐酸を用いて除去後、表面をシリコン酸化膜10
で覆う。通常のフォトリソグラフィー及びシリコン酸化
膜及び多結晶シリコンに対する異方性ドライエッチング
によってシリコン酸化膜10及びベース電極用多結晶シ
リコン8に開口を形成する。次にフォトレジスト除去後
LPCVD法によってシリコン酸化膜を堆積及び異方性
ドライエッチング技術を用いて先に堆積させたシリコン
酸化膜を開口内側壁のみに残し、シリコン酸化膜11−
aを形成する。その後熱した燐酸液を用いて、開口内の
シリコン窒化膜6を横方向へエッチングする。ここまで
の工程で図2(A)となる。
【0015】次にベース層を形成した段階を図2(B)
に示す。図2(A)に引き続きバッファード弗酸液に浸
積させることによりシリコン酸化膜10,11−aはそ
の厚さが薄くなる。その結果としてシリコン酸化膜11
−aの底面が上昇して、ベース電極用多結晶シリコン層
側壁下部が露出する。
【0016】この状態でガスソースのSiMBE(分子
線エピタキシー)又は超高真空CVD(UHV/CV
D)技術によって選択的結晶成長を行なう。その結果、
真性ベース層12及び真性ベース引き出し用多結晶シリ
コン13が形成される。選択的結晶成長の一例としては
ガスソースSiMBEによれば基板温度560℃、Si
2 6 ;70sccmであり、真性ベース層12はボロ
ン濃度約3×1018cm-3、厚さ約60nmである。こ
の状態を図2(B)に示す。
【0017】引きつづきLPCVDによりシリコン酸化
膜を形成後、異方性エッチングにより開口内にシリコン
酸化膜14の側壁を形成する。次に選択的に開口内に多
結晶シリコン堆積し、ヒ素をイオン注入し熱処理するこ
とによりエミッタ電極用多結晶シリコン層15から、ヒ
素が真性ベース層12へと拡散してエミッタ16が形成
される。次にコンタクト開口後、各電極用多結晶シリコ
ン層上にAl系電極17を形成すれば図1の半導体装置
を実現できる。
【0018】又、本実施例の図1に関し、シリコン酸化
膜とシリコン窒化膜の組合せを逆としても同一の構造を
実現できることは言うまでもない。
【0019】図3に真性ベース層12/ベース電極用多
結晶シリコン層8との間の規格化したコンタクト抵抗R
を、ベース電極用多結晶シリコン層側壁のうちシリコン
酸化膜11で覆われていない領域の高さ(以下高さaと
呼ぶ)とベース電極用多結晶シリコン層下面のうちシリ
コン窒化膜6で覆われていない奥行きの長さ(以下奥行
きの長さbと呼ぶ)との比(a/b)について示す。も
ちろん両者の長さの和がほぼ一定であることは言うまで
もない。本実施例の場合、両者の和は約200nmであ
る。
【0020】高さa≒0nm、奥行き長さb=200n
mの場合が従来技術であり、これに対して、高さa,奥
行き長さbともに約100nmの場合(すなわち図3の
横軸1.0の場合)は従来に比べ約30%のコンタクト
抵抗を低減している。
【0021】高さaが奥行きbよりも長い場合、すなわ
ちa/b>1.0の時a/b=1.0の場合に比べてコ
ンタクト抵抗低減効果はあまり顕著ではなくなってく
る。極端な例としてベース電極用多結晶シリコン層8の
側壁が全く絶縁膜で覆われていない場合、選択的に成長
させる真性ベース引き出し用多結晶シリコン13の横方
向の成長速度が下方向への成長速度に比べ1桁近く早く
なり、トランジスタ作成に不適切である。
【0022】図4に本発明の第2の実施例を示す。基本
的構造は第1の実施例と同じであるが第1の実施例では
ベース電極用多結晶シリコン層8の下の絶縁膜はシリコ
ン窒化膜6の一層構造であったがこの第2の実施例では
シリコン酸化膜6−a、シリコン窒化膜6−b、シリコ
ン酸化膜6−cという三層構造となっている。本構造の
場合、シリコン窒化膜6−bを熱した燐酸によってエッ
チングする時、ベース電極用多結晶シリコン層8及びn
型エピタキシャル層4の表面がシリコン酸化膜6−a,
6−cによって保護されているので単結晶,多結晶層の
表面状態を良好に保つことができる。
【0023】図5に本発明の第3の実施例を示す。本構
造はエミッタ16をベースと同様に選択的にエピタキシ
ャル成長させている。
【0024】図6に本発明の第4の実施例を示す。ベー
ス電極用多結晶シリコン層8−b上にWSi(タングス
テン−シリコン)層8−aが形成されているのでベース
電極引き出し部の抵抗を低減できる。
【0025】図7に本発明の第5の実施例を示す。真性
ベースがp型SiGe(シリコン−ゲルマニウム)ベー
ス層12−a及びp- 型シリコンベース層12−bの2
層構造でありベース引き出し用多結晶が真性ベース引き
出し用多結晶SiGe混晶13−a及び真性ベース引き
出し用多結晶シリコン13−bからなる。本構造はコレ
クタ・ベース間のp−n接合をSiGe/Siとのヘテ
ロ接合の位置が一致するので、コレクタ側に少数キャリ
アの流れを阻害するポテンシャルは形成されず、かつエ
ミッタ・ベース間のp−n接合はSi(シリコン)中に
形成されるのでhFEのバラツキはSiバイポーラトラン
ジスタと同等に抑えることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、真性ベー
ス層自身及び真性ベース層とベース電極用多結晶シリコ
ンとの間の多結晶シリコン層を選択的に成長させた自己
整合型バイポーラトランジスタにおいて、選択的に堆積
させる多結晶シリコン層が、ベース電極用多結晶シリコ
ン層の下面だけではなく、側壁の下部にも形成した。し
たがって (1):ベース電極用多結晶シリコン層/選択的に成長
した多結晶シリコン層の接触面積が、ベース電極用多結
晶シリコン層下面にだけ多結晶シリコン層を選択成長さ
せた場合よりも広くなるので接続部の抵抗を小さくでき
る。
【0027】(2):ベース電極用多結晶シリコン層下
面だけに多結晶シリコン層を選択的に成長させて充分に
小さな接触抵抗とするには、ひさし状構造のベース電極
用多結晶シリコン層下の空洞部が広くなるので、空洞を
残さずに成長させる事が困難であることは言うまでもな
いが、コレクタ・ベース間接合容量CCBはひさし構造の
空洞部面積に比例するので、本発明によればベース電極
用多結晶シリコン/選択的に成長させた多結晶シリコン
間の接触抵抗が同じ場合でもCCBを小さくできるのでト
ランジスタの動作速度を向上させることができるという
効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置を示す縦断
面図。
【図2】本発明の第1の実施例作製の主要工程の縦断面
図。
【図3】図1に示した本発明の第1の実施例及び従来技
術による半導体装置のコンタクト抵抗の比較を示す図。
【図4】本発明の第2の実施例の半導体装置を示す縦断
面図。
【図5】本発明の第3の実施例の半導体装置を示す縦断
面図。
【図6】本発明の第4の実施例の半導体装置を示す縦断
面図。
【図7】本発明の第5の実施例の半導体装置を示す縦断
面図。
【図8】従来技術の半導体装置を示す縦断面図。
【符号の説明】
1 p- 型シリコン基板 2 n+ 型埋込層 3 p+ 型埋込層 4 n型エピタキシャルシリコン層 5 ロコス層 6 シリコン窒化膜 6−a シリコン酸化膜 6−b シリコン窒化膜 6−c シリコン酸化膜 7 コレクタ電極用多結晶シリコン層 8 ベース電極用多結晶シリコン層 8−a WSi層 8−b ベース電極用多結晶シリコン層 9 n+ 型リン拡散層 10 シリコン酸化膜 11 シリコン酸化膜 12 真性ベース層 12−a p型SiGeベース層 12−b p- 型シリコンベース層 13 真性ベース引き出し用多結晶シリコン層 13−a 真性ベース引き出し用多結晶シリコン層 13−b 真性ベース引き出し用多結晶シリコン 14 シリコン酸化膜 15 エミッタ電極用多結晶シリコン層 16 エミッタ 17 Al系電極

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の導電型の第一のシリコン単結晶基
    板の表面に設けられた第一の絶縁膜に選択的に第一の開
    口が形成され、この第一の絶縁膜上に第2の導電型の第
    一の多結晶シリコン膜が設けられ、かつこの第一の多結
    晶シリコン膜は前記第一の開口の全周囲から一定の長さ
    で開口部内上へ延びた水平方向のせり出しを有し、前記
    第一の開口内の前記第一のシリコン単結晶基板表面上に
    は第2の導電型の第二のシリコン単結晶膜が設けられ、
    前記第2の導電型の第一の多結晶シリコン膜のせり出し
    側面下部から開口中央方向へかつ前記せり出しの底面か
    ら下方へと第2の導電型の第二の多結晶シリコン膜が設
    けられ、これらの第二の多結晶シリコン膜と第二のシリ
    コン単結晶膜の領域が前記第一の絶縁膜開口段差の途中
    で互いに接続されており、前記第一の多結晶シリコン膜
    の表面に第二の絶縁膜、及び前記開口内側面に第三の絶
    縁膜が形成され、前記第二のシリコン単結晶膜表面に前
    記第一の開口端から一定の距離で縮小された前記第三の
    絶縁膜で形成される第二の開口を有することを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第三の絶縁膜により形成される第二
    の開口端または開口端から一定の長さで開口部外方向へ
    延びた位置に横方向の境界が位置し、表面位置が第二の
    シリコン単結晶膜と一致する、第1の導電型の第三のシ
    リコン単結晶膜を有することを特徴とする請求項1に記
    載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 第2の導電型の第二の多結晶シリコン膜
    及び第2の導電型の第二のシリコン単結晶膜が、ともに
    第2の導電型の多結晶シリコン−ゲルマニウム混晶膜及
    び第2の導電型のシリコン−ゲルマニウム単結晶混晶膜
    であることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記
    載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 第2の導電型の第二のシリコン単結晶膜
    が下層に第2の導電型のシリコン−ゲルマニウム単結晶
    混晶膜及び、上層に第2の導電型のシリコン単結晶膜の
    2層からなり、第2の導電型の第二のシリコン多結晶膜
    のうち第2の導電型の第一のシリコン多結晶膜に接する
    領域が第2の導電型のシリコン−ゲルマニウム多結晶膜
    であり、遠い領域が第2の導電型のシリコン多結晶膜2
    層から成ていることを特徴とする請求項1,請求項2も
    しくは請求項3に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 第2の導電型の第一の多結晶膜シリコン
    膜が、下層に第2の導電型の多結晶シリコン膜及び上層
    に高融点金属シリサイド膜の2層から成っている事を特
    徴とする請求項1,請求項2,請求項3もしくは請求項
    4に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 第一の絶縁膜がシリコン酸化膜およびシ
    リコン窒化膜からなる多層膜であることを特徴とする請
    求項1乃至請求項5のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 第二の絶縁膜がシリコン酸化膜およびシ
    リコン窒化膜からなる多層膜であることを特徴とする請
    求項1乃至請求項6のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 第三の絶縁膜がシリコン酸化膜およびシ
    リコン窒化膜からなる多層膜であることを特徴とする請
    求項1乃至請求項7のいずれかに記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 第1の導電型のシリコン単結晶基板が
    (100)方位を有することを特徴とする請求項1乃至
    請求項8のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 第2の導電型の第一の多結晶シリコン
    膜の側壁のうち第2の導電型の第二の多結晶シリコン膜
    と接している高さを、第2の導電型の第一の多結晶シリ
    コン膜の厚さで割った値が0より大きく0.5以下であ
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに
    記載の半導体装置。
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