JPH05235017A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
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
特にバイポーラトランジスタに関する。
に示す。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
によって形成される開口端下部領域には、単結晶であり
n+ 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。
装置の主要作製工程を示す。
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
n+ 型リン拡散層9を形成する。
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。
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。
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 H6 ;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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
面図。
図。
術による半導体装置のコンタクト抵抗の比較を示す図。
面図。
面図。
面図。
面図。
Claims (10)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4038928A JP2924417B2 (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 半導体装置 |
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