JPH0620072B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0620072B2
JPH0620072B2 JP62205471A JP20547187A JPH0620072B2 JP H0620072 B2 JPH0620072 B2 JP H0620072B2 JP 62205471 A JP62205471 A JP 62205471A JP 20547187 A JP20547187 A JP 20547187A JP H0620072 B2 JPH0620072 B2 JP H0620072B2
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紳一 宮▲崎▼
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【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の製造方法に関し、特に利得帯域幅
積(f)および最大発振周波数(fmax)特性を大幅に
改善し得るバイポーラ・トランジスタの製造方法に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、一般に使用されるバイポーラ・トランジスタの構
造は、エミッタ直下の真性ベース領域からベース領域内
を横方向に或る距離隔った位置からベース電極が引出さ
れるのが通常である。
第5図は従来一般に使用される縦型NPNバイポーラ・
トランジスタの断面構造図で、1はN型シリコン基板、
2はコレクタ領域を形成するN型エピタキシャル層、3
はベース領域、4はエミッタ領域、5,6および7はエ
ミッタ電極、ベース電極およびコレクタ電極をそれぞれ
示す。ここで、8は素子分離用絶縁膜である。従来のバ
イポーラ・トランジスタがこのような構造をとるのはそ
の製造技術に起因するものであって、全ての素子にはト
ランジスタ機能と直接関わりのない寄生ベース領域3′
が真性ベース領域9の外部に形成される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、近年、高周波用途の拡大により利得帯域
幅積(f)、ベース抵抗rbb′および最大発振周波数
(fmax)特性等のより一層の改善が要求されるに伴な
い、この寄生ベース領域3′の存在がこれらの改善に大
きな制限を与えるようになって来ている。特に利得帯域
幅(f)について言えば、この、寄生ベース領域3′
は寄生容量として働きコレクタ充填時間を増大させるの
で、その特性向上を妨げる最大の要因である。また、ベ
ース抵抗(rbb′)も寄生ベース領域3′の有する抵抗
分に大きく依存するので、現状のままでは大幅な減少を
図ることはできない。これらの問題を解決する一つの手
段は、パターンを縮小化することによって寄生ベース領
域3′の形成幅を縮小することである。しかしこの手段
によったとしても目合露光の際の目合せ精度は有限であ
り本質的に寄生ベース領域3′を完全に無くすることの
できる手段ではないので、要求される利得帯域幅積(f
)、ベース抵抗(rbb′)および最大発振周波数(fma
x)などの特性改善には大きな制限が生じる。
本発明の目的は、上記の情況に鑑み、上記バイポーラ・
トランジスタの寄生ベース効果を大幅に抑止し得るベー
ス構造を備えた半導体装置の製造方法を提供することで
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の特徴は、シリコン基板の素子形成領域を露出す
る開口部を有するフィールド絶縁膜を該シリコン基板上
に形成する工程と、前記開口部内に露出する前記シリコ
ン基板の単結晶シリコンを種にして該開口部を充填しか
つ該開口部近傍の前記フィールド絶縁膜の表面部分上に
延在した単結晶シリコンエピタキシャル層を選択気相成
長法により形成する工程と、前記単結晶シリコンエピタ
キシャル層の特定領域をマスクしてその外側に不純物を
導入し、これにより前記開口部近傍の前記フィールド絶
縁膜上の該単結晶シリコンエピタキシャル層の部分にベ
ース引出用の高濃度不純物拡散層を形成する工程と、前
記特定領域の外側をマスクして単結晶シリコンエピタキ
シャル層の該特定領域内に互いに導電型を異にする2種
類の不純物を順次導入してベース領域およびエミッタ領
域を自己整合的に形成する工程とを含む半導体装置の製
造方法にある。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明をプレーナ型NPNバイポーラ・トラン
ジスタに実施した場合に実施例の製造方法により得られ
た構造の断面図である。第1図に示す半導体装置では、
P型シリコン基板10と、このP型シリコン基板上にバ
イポーラ・トランジスタ形成領域を形成する素子分離用
絶縁膜11と、このバイポーラ・トランジスタ形成領域
の基板上に埋込まれるN埋込層12と、バイポーラ・
トランジスタ形成領域上に開口部を設けて素子分離用絶
縁膜11上に積層されるフィールド絶縁膜13と、この
埋込層12を種としてフイールド絶縁膜13の開口
部縁端上まで延在して選択気相成長される単結晶シリコ
ン・エピタキシャル層内にそれぞれ形成されるNエミ
ッタ領域14,P型ベース領域15とおよびN型コレク
タ領域16と、フィールド絶縁膜13の開口部縁端上の
単結晶シリコン・エピタキシャル層の延在部内にこれら
エミッタ領域14,P型ベース領域15およびN型
コレクタ領域16とそれぞれ境界を接して形成されるベ
ース引出用のP拡散層17とを含む。ここで、18は
コレクタ引出用のN拡散層、19,20および21は
それぞれエミッタ、ベースおよびコレクタの各電極、ま
た、22はシリコン酸化保護膜である。
第1図から明らかなように、本発明のバイポーラ・トラ
ンジスタには真性ベース領域の外部に寄生ベース領域が
形成されない。また、ベース引出用のP拡散領域17
はフィールド絶縁膜13上に成長した端結晶シリコン・
エピタキシャル層内に形成されているので寄生容量およ
びベース抵抗(rbb′)は多結晶シリコン層を用いたも
のとか或いは半導体層上に直接形成したとかの従来構造
と比較して著しく減少する。すなわち、寄生ベース効果
が大幅に抑止されるので利得帯域幅積(f),ベース
抵抗(rbb′)および最大発振周波数(fmax)の諸特性
が顕著に改善される。
第2図は本発明を縦型NPNバイポーラ・トランジスタ
に実施した場合に実施例の製造方法により得られた構造
の断面図である。第2図に示す半導体装置では、N
ミッタ領域34,P型ベース領域35,N型コレクタ領
域36およびベース引出用のP拡散領域37は何れも
N型シリコン基板30を種としてフィールド絶縁膜33
の開口部縁端上まで延在して選択成長された単結晶シリ
コン・エピタキシャル層内にそれぞれ形成される。ここ
で、38,39および40はそれぞれエミッタ,ベース
およびコレクタの各電極を示し、また、31および32
はそれぞれ前実施例と同じく素子分離用絶縁膜およびシ
リコン酸化保護膜である。本実施例の縦型NPNバイボ
ーラ・トランジスタにおいても真性ベース領域の外部に
従来の如き寄生ベース領域は形成されず、また、ベース
引出用のP拡散領域37が前実施例同様フィールド絶
縁膜33上に成長した単結晶シリコン・エピタキシャル
層内に形成されるので寄生容量およびベース抵抗(rb
b′)は著しく小さい。すなわち、寄生ベース効果によ
る高周波諸特性の低下は格段に改善される。以上は全て
NPNバイポーラ・トランジスタに実施した場合を説明
したがPNP型のトランジスタに対しても全く同様に実
施し得ることは明らかである。また、集積回路装置と個
別装置の区別なく実施し得ることもまた明らかである。
第3図(a)〜(e)は本発明半導体装置の製造方法をプレー
ナ型NPNバイポーラ・トランジスタの製造に実施した
場合の一工程順序図である。本実施例によれば、まず第
3図(a)に示す如くP型シリコン基板10上に素子分離
用絶縁膜11を選択的に形成してバイポーラ・トランジ
スタの形成領域を確定した後、従来技術に従いN埋込
層12を埋込み更にフィールド絶縁膜13を基板全面に
形成する。ここで、フィールド絶縁膜13を選択的に除
去してN埋込層12上に2つの開口部を設け、N
込層を種としてこれらの開口部上に単結晶シリコン・エ
ピタキシャル層23を選択エピタキシャル成長法を用い
て成長せしめる、このとき単結晶シリコン・エピタキシ
ャル層23は第3図(b)に示すように開口部縁端のフィ
ールド絶縁膜13上にまで延在して成長せしめることが
できる。このあと単結晶シリコン・エピタキシャル層1
3の表面には500〜600Åの薄いシリコン酸化膜2
2′が成長される。ついで第3図(c)の如くシリコン酸
化膜22′上にシリコン窒化膜24を形成しこの選択的
開口部に高濃度のN型不純物を導入してコレクタ引出用
のN拡散層18を形成する。この際、シリコン窒化膜
24は薄いシリコン酸化膜22′を通してこの選択的開
口部以外に濃度N型不純物が導入されないよう作用す
る。従ってコレクタ引出用のN拡散層18の形成後シ
リコン窒化膜24は直ちに除去されると共に、改めてシ
リコン窒化膜25が基板全面に成長され、コレクタ引出
用のN拡散層18上におよび薄いシリコン酸化膜2
2′の特定領域上のみを被覆するようパターニングされ
る。この薄いシリコン酸化膜22′上の特定領域とは将
来エミッタが形成される際窓明けされる領域を指す。こ
こで、シリコン窒化膜25のパターンをマスクとするP
型不純物のイオン注入を単結晶シリコン・エピタキシャ
ル層23に対して行ない薄いシリコン酸化膜22′の特
定領域の周辺にこれと隣接させてベース引出用のP
散層17を形成すると共に特定領域周辺の薄いシリコン
酸化膜22′の膜厚を1000〜2000Å程度の厚い
シリコン酸化保護膜22に成長させる。〔第3図(d)参
照〕。ついで第3図(e)に示すように、この特定領域上
のシリコン窒化膜25のみを除去しP型不純物を改めて
イオン注入してベース拡散を行ないP型拡散層26を形
成し、更に残る薄いシリコン酸化膜22′を除去して窓
明けした後、ヒ素(As)等のN型不順物を高濃度にド
ープした膜厚1000〜2000Åの他結晶またはアモ
ルファスのシリコン膜27の熱アニールによってN
ミッタ領域1の形成と共にP型ベース領域15およびN
型コレクタ領域16を同時に形成する。すなわち、ベー
ス領域はエミッタ領域とセルフ・アライメント形成され
るので真性ベース領域のみから成り従来の如き寄生ベー
ス領域を形成しない。第3図(f)はこのようにして形成
されたエミッタ領域14,ベース領域15,コレクタ領
域16およびベース引出用の高濃度拡散層17の相互位
置関係を示すものである。最後にこれらの領域上にそれ
ぞれ引出電極を形成すれば実施例として上げた第1図の
ブレーナ型NPNバイポーラ・トランジスタ構造を得る
ことができる。
第4図(a)〜(b)は本発明半導体装置の製造方法を縦型N
PNバイポーラ・トランジスタの製造に実施した場合の
部分工程図を示すものである。本実施例の工程図は前実
施例の第3図(b)に相当するN型シリコン基板30上へ
の単結晶シリコン・エピタキシャル層43の選択的成長
工程とその表面を薄いシリコン酸化膜32′で被覆する
酸化工程だけを示しているが、これ以後の工程はトラン
ジスタ構造上の違いはあっても全く同じ手順で行ない得
るので省略した。かくしてNエミッタ領域34と形成
と同時にこれとセルフ・アライメントに形成された真性
ベース領域のみから成るP型ベース領域35を備えた第
2図の縦型NPNバイポーラ・トランジスタを得ること
ができる。
以上は全てNPNバイポーラ・トランジスタについて説
明したがPNP型のトランジスタの製造に対しても実施
し得ることは明らかである。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明によれば、バイポー
ラ・トランジスタは絶縁酸化膜上にベース引出用の高濃
度拡散層(外部ベース)を形成すると共に、自己整合法
によってベース,エミッタが同時に形成されているの
で、寄生ベース領域が大幅に低減され殆んど無視し得る
程度に縮少される。従って寄生コレクタ容量およびベー
ス抵抗が著しく減少するので利得帯域幅積(f),最
大発振周波数(fmax)などの高周波特性を格段に向上せ
しめ得る。特に、ベース抵抗(rbb′)は、ベース引出
し部が選択成長された単結晶シリコン層内に形成される
ので、従来の多結晶シリコンを使用した場合に比べ遥る
かに低いベース抵抗値が実現される。
さらにフィールド絶縁膜上のベース引出用の高濃度不純
物拡散層は、他結晶シリコンに形成されているのではな
く単結晶シリコンに形成されている。したがってベース
抵抗はさらに低減される。
また、ベース電極とエミッタ電極とは同一の平坦面に披
着されるから、その形成を容易に行うことができる。ま
た、コレクタ領域を形成する開口部がエミッタ領域やベ
ース領域より大きな面積となっているから、それだけコ
レクタ抵抗が低減される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明をプレーナ型NPNバイポーラ・トラン
ジスタに実施した場合に実施例の方法により得られた構
造の断面図、第2図は本発明を縦型NPNバイポーラ・
トランジスタに実施した場合に実施例の方法により得ら
れた構造の断面図、第3図(a)〜(f)は本発明半導体装置
の製造方法をプレーナ型NPNバイポーラ・トランジス
タの製造に実施した場合の一工程順序図、第4図(a)〜
(b)は本発明半導体装置の製造方法を縦型NPNバイポ
ーラ・トランジスタの製造に実施した場合の部分工程
図、第5図は従来一般に使用される縦型NPNバイポー
ラ・トランジスタの断面構造図である。 10……P型シリコン基板、30……N型シリコン基
板、11,31……素子分離用絶縁膜、12……N
込層、13,33……フィールド絶縁膜、14,34…
…Nエミッタ領域、15,35……P型ベース領域、
16,36……N型コレクタ領域、17,37……ベー
ス引出用のP拡散層、18……コレクタ引出用のN
拡散層、19,38……エミッタ電極、20,39……
ベース電極、21,40……コレクタ電極、22,32
……シリコン酸化保護膜、22′,32′……薄いシリ
コン酸化膜、23,43……選択成長された単結晶シリ
コン・エピタキシャル層、24,25……シリコン窒化
膜、26……P型拡散層、27……多結晶またはアモル
ファスのシリコン膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン基板の素子形成領域を露出する開
    口部を有するフィールド絶縁膜を該シリコン基板上に形
    成する工程と、前記開口部内に露出する前記シリコン基
    板の単結晶シリコンを種にして該開口部を充填しかつ該
    開口部近傍の前記フィールド絶縁膜の表面部分上に延在
    した単結晶シリコンエピタキシャル層を選択気相成長法
    により形成する工程と、前記単結晶シリコンエピタキシ
    ャル層の特定領域をマスクしてその外側に不純物を導入
    し、これにより前記開口部近傍の前記フィールド絶縁膜
    上の該単結晶シリコンエピタキシャル層の部分にベース
    引出用の高濃度不純物拡散層を形成する工程と、前記特
    定領域の外側をマスクして単結晶シリコンエピタキシャ
    ル層の該特定領域内に互いに導電型を異にする2種類の
    不純物を順次導入してベース領域およびエミッタ領域を
    自己整合的に形成する工程とを含むことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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