JPH0616513B2 - Npn型バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

Npn型バイポーラトランジスタの製造方法

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JPH0616513B2
JPH0616513B2 JP16636787A JP16636787A JPH0616513B2 JP H0616513 B2 JPH0616513 B2 JP H0616513B2 JP 16636787 A JP16636787 A JP 16636787A JP 16636787 A JP16636787 A JP 16636787A JP H0616513 B2 JPH0616513 B2 JP H0616513B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に利用され、特にベース領域であ
るP型層を形成する不純物の選定を改善したNPN型バ
イポーラトランジスタの製造方法に関する。
〔概要〕
本発明は、NPN型バイポーラトランジスタの製造方法
において、 ベース領域の少なくともエミッタ領域に対向する領域を
従来のボロン不純物層に代わり、ガリウムあるいはイン
ジウム不純物層をイオン注入により形成した後、高温短
時間の熱処理を行うことにより、 ベース幅を小さくできるNPN型バイポーラトランジス
タを製造できるようにするものである。
〔従来の技術〕
従来NPN型バイポーラトランジスタでは、ベース領域
となるp型不純物拡散層に、ボロンを不純物として用い
ていた。例えば、第4図に示すように、n型単結晶ケイ
素基板31上に素子分離用の厚い二酸化ケイ素膜32を形成
後、ベース領域となるP型不純物(ボロン)拡散層34お
よびエミッタ領域となるn型不純物拡散層35を形成して
いた。ここで、p型不純物(ボロン)拡散層34を形成す
る不純物としてボロンを用いていた理由は、ボロンは、
ケイ素中よりも酸化ケイ素中の拡散係数が1桁程度小さ
く、不純物を熱拡散する再二酸化ケイ素膜32がマスクと
なり、自己整合的に、p型不純物拡散層が形成できるこ
と、ボロンはケイ素中での固溶度が1020以上と大きく、
拡散層の電気抵抗を低くできることによるためである。
ちなみに、他のV族元素であるガリウムやインジウム等
は二酸化ケイ素中の拡散係数がケイ素中の値より大きく
二酸化ケイ素がマスクにならないうえ、ケイ素中での固
溶度が1018程度であるため拡散層の抵抗がボロンの場合
より1桁以上大きくなることからこれまで使われること
が少なかった。なお、第4図において、33は二酸化ケイ
素膜および36は多結晶ケイ素膜である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上説明した従来のNPN型バイポーラトランジスタ
は、ベース不純物拡散領域にボロンを用いるためトラン
ジスタのベース幅を小さくするのが困難である問題点が
あった。すなわち、第4図に示したベース領域のp型不
純物(ボロン)拡散層34の接合深さと、エミッタ領域の
n型不純物拡散層35の接合深さの差を小さくするのが困
難である。以下第5図(a)〜(d)に示す製造工程における
模式的断面図を用いてその理由を説明する。
第5図(a)に示すように、n型単結晶ケイ素基板31に選
択酸化法等により素子分離のための厚い二酸化ケイ素膜
32を形成し、ボロンをイオン注入してp型不純物(ボロ
ン)拡散層34を形成する。続いて第5図(b)に示すよう
に、層間を絶縁するための二酸化ケイ素膜33を堆積後、
フォトリソグラフィ技術並びにエッチング技術を用い
て、エミッタ領域のみ選択的に二酸化ケイ素膜33を除去
して開孔部37を設ける。
次に、第5図(c)に示すように、全面に多結晶ケイ素膜3
6を堆積し、この多結晶ケイ素膜36にヒ素をイオン注入
する。そして高温の熱処理により多結晶ケイ素膜36から
n型単結晶ケイ素基板31に不純物すなわちヒ素を拡散
し、第5図(d)に示すようにエミッタ領域となるn型不
純物拡散層35を形成する。
この際、エミッタ領域となるn型不純物拡散層35は高濃
度にヒ素をイオン注入された多結晶ケイ素膜36からの増
速拡散により押し込まれて形成される。しかし同時に、
ベース領域を形成するp型不純物(ボロン)拡散層34の
ボロンも拡散されるので、熱処理が高精度に制御されな
ければならない。また、p型不純物(ボロン)拡散層34
のボロンは、イオン注入法によりn型単結晶ケイ素基板
31に導入されるが、ボロンのように比較的質量数の小さ
い元素は、基板中での飛程が大きく、チャネリングの効
果も大きいため、浅い拡散層の形成が困難となる。
本発明の目的は、前述の問題点を解消することにより、
ベース幅を小さくすることができるNPN型バイポーラ
トランジスタの製造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本第一発明は、ベース領域の少なくともエミッタ領域に
対向する領域がガリウム不純物層から構成されたNPN
型バイポーラトランジスタの製造方法おいて、イオン注
入で上記ガリウム不純物層を形成する工程と、このガリ
ウムイオン注入後の熱処理を不純物の再拡散がほとんど
生じない短時間の熱処理で行う工程とを含むことを特徴
とする。
本発明第二発明は、ガリウムに代えてp型不純物として
インジウムを用いること特徴とする。
〔作用〕
ベース領域を形成するp型不純物をボロンによらず、ガ
リウムあるいはインジウムを用い、イオン注入によりベ
ースのp型領域を形成する。
ガリウムやインジウムは、ボロンより質量数が大きいた
め、イオン注入時の飛程が小さく、また、チャネリング
効果が少ない。また、単結晶ケイ素中での拡散係数は、
ガリウムの場合、ほぼ1100℃以下の領域で、インジウム
の場合ほぼ1300℃以下の領域でいずれもボロンの拡散係
数より小さい。
文献、「Physics of Semiconductor Devices」S.M.Sze 著
第2版 1981年 68頁 このためp型不純物拡散層をボロンの場合よりはるかに
浅くすることができ、これによりベース幅を小さくする
ことが可能となる。
ところで、従来技術の項で説明したように、ガリウムや
インジウムは、二酸化ケイ素中での拡散係数が大きく、
二酸化ケイ素膜がマスクにならない。しかしこの問題
は、例えば近年発達してきた数百〜千数百℃の高温を秒
単位で制御するラピッドサーマルアニール技術によりそ
の不純物が再分布しない程度の短時間サーマルアニール
を施すことで、充分回避することができる。さらに、ガ
リウムやインジウム等のケイ素中での固溶度の低さにつ
いては、ベース領域自体は1019cm-3程度の濃度で充分な
ので、エミッタ領域周辺以外の部分にボロンを高濃度に
拡散した素子構造により対処できる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は本第一発明により製造される第一実施例のNP
N型トランジスタの構造を示す模式的断面図である。こ
のNPN型トランジスタは、n型単結晶ケイ素基板11上
に、例えばガリウムをイオン注入して形成したベース領
域のp型不純物(ガリウム)拡散層14を備えており、本
発明よるNPN型トランジスタの基本的な構造を示す。
なお、第1図において、15はエミッタ領域のn型不純物
拡散層、16および17は、それぞれベース取出し電極およ
びエミッタ取出し電極、13は層間絶縁のための二酸化ケ
イ素膜、および12は素子分離用の厚い二酸化ケイ素膜で
ある。なお、コレクタ取出し電極は省略してある。
本発明では、p型不純物としてガリウムを用いているの
で、ベース幅を小さくすることができる。しかし、その
ため濃度が小さく、ベース取出し電極16からエミッタ取
出し電極17までの間の寄生抵抗により、トランジスタの
動作速度が劣化する。
第2図は本第一発明によるNPN型トランジスタの第二
実施例の要部を示す模式的断面図で、第1図の第一例に
おけるベースの寄生抵抗を下げるようにしたものであ
る。
本第二実施例のNPN型トランジスタは、n型単結晶ケ
イ素基板11上に、ベース領域のうちエミッタ領域となる
ヒ素イオン注入層15a 対向する内部ベース領域はガリウ
ムイオン注入層14c で形成し、それを取り巻く外部ベー
ス領域はボロン拡散層14a および14b で形成した構造と
なっている。なお、第2図において、12は二酸化ケイ素
膜、18は多結晶ケイ素膜、19は窒化ケイ素膜、20は多結
晶ケイ素膜、21は二酸化ケイ素膜、23はサイドウォール
および17はエミッタ取出し電極で、ベース取出し電極お
よびコレクタ取出し電極は省略してある。
すなわち、本実施例は、ベース幅を決める内部ベース領
域はガリウムにより、寄生抵抗が問題となる外部ベース
領域は従来と同様にボロンにより形成しているので、ベ
ース幅を小さくしかつ寄生抵抗を下げることができる。
次に、第3図(a)〜(k)を用いて本第二実施例の製造方法
の一例を説明する。
第3図(a)に示すように、n型単結晶ケイ素基板11上に
選択酸化法により素子分離用の厚さ1.0μm程度の二
酸化ケイ素膜12を形成し、素子領域に厚さ50nm程度の
二酸化ケイ素膜13を形成後、全面に多結晶ケイ素膜18を
厚さ0.4μm程度に堆積する。続いて全面にボロンを
30KeV で5×1015cm-2程度イオン注入し、さらに全面に
窒化ケイ素膜19を厚さ0.2μm程度に堆積する。
次に、フォトリソグラフィ技術と、反応性スパッタエッ
チング技術を用いて、第3図(b)に示すように、エミッ
タ領域のみ選択的に窒化ケイ素膜19および多結晶ケイ素
膜18を除去する。このとき二酸化ケイ素膜13は除去して
もしなくてもどちらでもかまわない。
次に、フッ酸等により二酸化ケイ素膜13をエッチングし
て、第3図(c)に示すように、エミッタ領域の開孔部か
ら二酸化ケイ素膜13を後退させ、多結晶ケイ素膜18の
「ひさし」を形成する。続いて全面に厚さ30nm程度の
多結晶ケイ素膜20を源圧CVD法等の段差被覆性に優れ
た方法で堆積すると、第3図(d)に示すように、「ひさ
し」は完全に埋められ、多結晶ケイ素膜18は多結晶ケイ
素膜20によってn型単結晶ケイ素基板11と電気的に接続
される。
次に、異方性エッチングにより多結晶ケイ素膜20を窒化
ケイ素膜19が露出するまでエッチングし、第3図(e)に
示すように、エミッタ領域の基板表面を露出する。続い
て、800 ℃程度の温度で酸化を行い第3図(f)に示すよ
うに、二酸化ケイ素膜21を厚さ10nm程度形成する。こ
のとき、多結晶ケイ素膜18中のボロンは、800 ℃と温度
が低いためほとんど拡散しない。
次に950 ℃で10分程度窒素雰囲気中で熱処理し、多結晶
ケイ素膜18中のボロンをn型単結晶ケイ素基板11中に拡
散させ、第3図(g)に示すように、ボロン拡散層14a お
よび14b を形成する。このとき、二酸化ケイ素膜21がス
トッパーとなり、多結晶ケイ素膜18中のボロンはアウト
ディフュージョンせず、エミッタ領域へのオートドーピ
ングも起こらない。
次に、ガリウムを70KeV で1×1014cm-2イオン注入し、
第3図(h)に示すように、ガリウムイオン注入層14c を
形成後、第3図(i)に示すように、気相成長法により二
酸化ケイ素膜22を厚さ0.5μm程度に堆積する。
次に、この二酸化ケイ素膜22を異方性エッチングして、
第3図(j)に示すようにエミッタ領域の基板表面を露出
すると、二酸化ケイ素のサイドウォール23が形成され
る。続いて、ヒ素を30KeV で5×1015cm-2イオン注入し
て、第3図(k)に示すように、ヒ素イオン注入層15a を
形成後、ハロゲンランプ光照射等により1000℃、5秒程
度の熱処理を行い、ヒ素イオン注入層15a およびガリウ
ムイオン注入層14c の不純物を電気的に活性化する。こ
の際、熱処理時間が短いため、不純物はほとんど拡散し
ない。
最後に、第2図に示すようにエミッタ取出し電極17を設
けて、本第二実施例のNPNトランジスタを得る。
以上説明したように、本第二実施例は、NPNバイポー
ラトランジスタのベース幅をほとんどイオン注入により
制御するため、ベース幅の制御精度を大幅に向上させ、
かつ小さくすることができる。
以上、第一発明の実施例について説明したが、第二発明
はガリウムの代わりにインジウムを用いたものであり、
前述の第一発明の場合と同様である。
〔発明の効果〕
以上、説明したように、本発明はNPNバイポーラトラ
ンジスタのベース領域の少なくとも内部ベース領域を、
不純物としてガリウムまたはインジウムを用いて形成す
ることができるので、ベース幅を小さくしたバイポーラ
トランジスタを得ることができる。
また、ガリウムまたはインジウムによるベース領域を内
部ベース領域に限定し、外部ベース領域はボロンを用い
て形成した構造とすることにより、ほとんどイオン注入
法によりベース幅の制御ができ、ベース幅を高精度でも
って小さくできるとともにベース寄生抵抗も小さくでき
る効果がある。
従って、本発明によれば、トランジスタの性能、特に周
波数特性を大幅に向上させたNPN型バイポーラトラン
ジスタが容易に製造することができ、その効果は大であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一実施例を示す模式的断面図。 第2図は本発明の第二実施例の要部を示す模式的断面
図。 第3図(a)〜(k)はその製造工程を示す模式的断面図。 第4図は従来例を示す模式的断面図。 第5図はその製造工程を示す模式的断面図。 11、31……n型単結晶ケイ素基板、12、13、21、22、3
2、33……二酸化ケイ素膜、14……p型不純物(ガリウ
ム)拡散層、14a 、14b ……ボロン拡散層、14c ……ガ
リウムイオン注入層、15、35……n型不純物拡散層、15
a ……ヒ素イオン注入層、16……ベース取出し電極、17
……エミッタ取出し電極、18、20、36……多結晶ケイ素
膜、19……窒化ケイ素膜、23……サイドウォール、34…
…p型不純物(ボロン)拡散層、37……開孔部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベース領域の少なくともエミッタ領域に対
    向する領域がガリウム不純物層から構成されたNPN型
    バイポーラトランジスタの製造方法において、 イオン注入で上記ガリウム不純物層を形成する工程と、 このガリウムイオン注入後の熱処理を不純物の再拡散が
    ほとんど生じない程度の短時間の熱処理で行う工程と を含むことを特徴とするNPN型バイポーラトランジス
    タの製造方法。
  2. 【請求項2】ベース領域の少なくともエミッタ領域に対
    向する領域がインジウム不純物層から構成されたNPN
    型バイポーラトランジスタの製造方法において、 イオン注入により上記インジウム不純物層を形成する工
    程と、 このインジウムイオン注入後の熱処理を不純物の再拡散
    がほとんど生じない程度の短時間の熱処理で行う工程と を含むことを特徴とするNPN型バイポーラトランジス
    タの製造方法。
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