JPH0654776B2 - 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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JPH0654776B2
JPH0654776B2 JP60006449A JP644985A JPH0654776B2 JP H0654776 B2 JPH0654776 B2 JP H0654776B2 JP 60006449 A JP60006449 A JP 60006449A JP 644985 A JP644985 A JP 644985A JP H0654776 B2 JPH0654776 B2 JP H0654776B2
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film
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一郎 松尾
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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、エミッタと外部ベースとの位置合せを自己整
合的に行ない、かつ外部ベース電極を多結晶シリコンを
用いて取り出すことにより、接合容量およびベース抵抗
の小さいバイポーラ型集積回路を形成することのできる
半導体装置の製造方法に関するものである。
従来の技術 バイポーラ型集積回路は、MOS型集積回路と比較し
て、その高速性に特徴がある。バイポーラ型集積回路の
動作速度を決定する大きな要因の一つは、いわゆるベー
ス抵抗であり、動作速度を大きくするためにはこのベー
ス抵抗の低減が不可欠である。
従来、ベース抵抗低減のための手段として、バイポーラ
型集積回路の製造工程にフォトマスク工程を1回追加し
て、いわゆる外部ベース領域を形成するという方法がよ
く用いられていた。第4図は、従来例のバイポーラ型集
積回路の要部を示す断面図である。コレクタ領域を兼ね
るN-型エピタキシャル成長層1が酸化物分離領域2によ
って分離され、その中にP+型外部ベース領域3、P型活
性ベス領域4およびN+型エミッタ領域5が形成されてい
る。これらの各領域には、二酸化シリコン膜6に形成さ
れた開口部を通じて電極7により電気的コンタクトがな
されている。コレクタ電極の部分は図示していない。第
4図において、P+型外部ベース領域3と、N+型エミッタ
領域5との位置は、おのおの別個のフォトマスク工程に
より決定される。従って両者の間の距離dは、フォトマ
スク上での両者間の距離および工程間のマスク合せずれ
により決定される。(例えば、ジョン・アディス,日経
エレクトロニクス,1979年11月26日号,No.2
26,pp.173−193) 発明が解決しようとする問題点 上記のような従来のバイポーラ型集積回路では、P+型外
部ベース領域3とN+型エミッタ領域5とが直接接触する
ことによる接合耐圧の低下やリーク電流の増加を防ぐた
め、前記の距離dをフォトマスク合せ公差よりも大きく
しておく必要がある。最近では、このdの値として2μ
m程度とするのが一般的である。ところが、このような
距離を設けると、P+型外部ベース領域3とN+型エミッタ
領域5との間に比較的高抵抗のP型活性ベース領域4が
存在するため、ベース抵抗は大きな値となる。
さらに、第4図の構造においては、P+型外部ベース領域
3の直上に電極7を形成しているため、ベース領域全体
としての面積が大きくなる。これは、併せて、ベース=
コレクタ間接合容量を増大することになり、トランジス
タの高速性を著しく低下させる。
本発明は上記のような問題点を解決するもので、簡単な
工程によって、外部ベース領域とエミッタ領域とを自己
整合的に形成し、かつ外部ベース電極を厚い、絶縁膜上
に形成した多結晶シリコンを用いて取り出すことによ
り、ベース抵抗およびコレクタ=ベース間接合容量の小
さい、高速かつ高集積のバイポーラ型集積回路を得るこ
とのできる半導体装置の製造方法を提供するものであ
る。
問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するための本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上のトランジスタ形成予定領域内
に、シリコン窒化膜をマスクとしてP型不純物を導入す
る工程と、前記半導体基板全面に多結晶シリコン膜を形
成する工程と、熱処理により前記多結晶シリコン膜中に
前記P型不純物を拡散させる工程と、前記多結晶シリコ
ン膜のうち、トランジスタのエミッタ形成予定領域上お
よびコレクタ電極取出予定領域上を除く部分にP型不純
物を導入する工程と、前記多結晶シリコン膜のうちP型
不純物を含まない領域を除去する工程と、前記多結晶シ
リコン膜を熱酸化して二酸化シリコン膜を形成する工程
と、前記二酸化シリコン膜をマスクとして前記窒化シリ
コン膜をエッチングしてエミッタ形成予定領域に開口部
を形成する工程と、前記開口部を通じて活性ベース領域
およびエミッタ領域を形成する工程とからなるものであ
る。
作用 この半導体装置の製造方法によれば、外部ベース領域,
活性ベース領域,およびエミッタ領域が1枚のフォトマ
スクにより自己整合的に形成され、外部ベース領域とエ
ミッタ領域との距離を小さくでき、トランジスタのベー
ス抵抗が低減できる。さらに、ベース電極が厚い酸化膜
上に形成された多結晶シリコン膜を用いて引き出される
ため、コレクタ=ベース間の接合容量も低減でき、高速
性にすぐれたバイポーラ型集積回路の製造が可能であ
る。
実施例 第1図は本発明の実施によって形成された半導体装置の
要部断面図であり、第2図(a)〜(l)は、本発明の半導体
装置の製造方法で半導体集積回路を製作する一実施例を
示す工程順流れ図である。以下、本発明を、第2図(a)
〜(l)の工程順流れ図により、詳しくのべる。
まず、第2図(a)に示すように、P型シリコン基板11
上にN+型埋込拡散層12、N-型エピタキシャル層13を
順次形成し、分離酸化膜14により素子分離を行なった
後、エミッタ形成予定領域およびコレクタ電極取出予定
領域上に窒化シリコン膜15をそれぞれ選択的に形成す
る。この窒化シリコン膜15の厚さは100nm程度が
適当である。
ついで、第2図(b)に示すように、窒化シリコン膜15
をマスクとしてN-型エピタキシャル層13中に10ke
V程度のエネルギーで1015〜1016ions/cm2のボロン
(B+)イオンを注入し、ボロンイオン注入層16を形成
する。イオン注入後、不活性気体中で熱処理を行なって
もよい。
次に、第2図(c)に示すように、基板上全面に厚さ20
0〜500nmの多結晶シリコン膜17を形成する。多
結晶シリコン膜の形成は一般に600℃程度の温度で行
なわれるので、この時ボロンイオン注入層16中のボロ
ン原子の深さ方向分布形状はほとんど変化しない。
ついで、不活性気体中で熱処理を施し、ボロンイオン注
入層16からN-型エピタキシャル層13および多結晶シ
リコン膜17中にボロンを拡散させると、第2図(d)に
示すように、N-型エピタキシャル層13内にはP+型外部
ベース領域161が、また多結晶シリコン膜17内には
P+型多結晶シリコン171が、それぞれ形成され、P+
外部ベース領域161上以外の部分の多結晶シリコン膜
17は、アンドープト(不純物がドープされていない)
多結晶シリコン172として残る。この時、エミッタ形
成予定領域の窒化シリコン膜15aは拡散マスクとして
働くが、多結晶シリコン膜17中でのボロン原子の横方
向拡散により、P+型多結晶シリコン171は、窒化シリ
コン膜15a上に多少重なって形成される。また第2図
(d)においてはボロン原子は多結晶シリコン膜の表面ま
で到達しているが、これは表面まで到達しなくてもさし
つかえない。
次に、第2図(e)に示すように、少なくともトランジス
タのエミッタ形成予定領域上およびコレクタ電極取出予
定領域上をフォトレジスト18で覆って、1015〜10
16ions/cm2のB+イオンを注入後、フォトレジスト除去、
熱処理して、P+型多結晶シリコン領域を分離酸化膜14
上へ拡張し、ベース電極取出領域173を形成する。こ
の時、ベース電極取出領域173中のボロンは、同領域
の底まで到達していた方がよい。
次に、上記基板面を例えば、10〜30wt%程度の水酸
化カリウム水溶液で処理すると、アンドープト多結晶シ
リコン172が選択的にエッチング除去され、第2図
(f)に示すように、ベース電極取出領域173は残る。
それは、ボロン(B)がドープされた多結晶シリコンは
P型となるので、水酸化カリウム水溶液に不溶となる
が、アンドープト多結晶シリコン部分が溶解することに
よる。したがって、本処理によれば、マスクを用いず
に、すなわちマスクレスで多結晶シリコンの所望領域に
おいて非エッチング部分とエッチング可能部分とを選ぶ
ことができる。この時、前述したように、エミッタ形成
予定領域上の窒化シリコン膜15a上には、ベース電極
取出領域173が多少重なった状態で残る。
ついで、上記基板面を酸化性雰囲気中で熱処理して、第
2図(g)に示すように、ベース電極取出領域173上に
厚さ100〜300nmの二酸化シリコン膜19を形成
する。この時窒化シリコン膜15の下は酸化されない。
次に、熱リン酸によるウェット・エッチングまたはフレ
オン系のガスによるドライ・エッチングなどの方法によ
り、窒化シリコン膜15を選択的にエッチングすると、
第2図(h)に示すように、二酸化シリコン膜19の下部
にのみ窒化シリコン膜151が残り、エミッタ形成予定
領域20およびコレクタ電極取出予定領域21ではN-
エピタキシャル層13が露出する。
ついで、第2図(i)に示すように、コレクタ電極取出予
定領域21上をフォトレジスト22で覆い、1014ions
/cm2程度のBイオンを注入後、フォトレジスト22を
除去し、不活性気体中で熱処理を施すと、P型活性ベー
ス領域23が側部でP+型外部ベース領域161と接触し
て一体化形成される。
次に、第2図(j)に示すように、基板面全面に1016ion
s/cm2程度の砒素(As+)イオンを注入し、不活性気体中
で熱処理を施すと、N+型エミッタ領域24およびN+型コ
レクタ電極取出領域25が形成される。
ついで、通常のフォトマスク工程により、第2図(k)に
示すように、ベース電極取出領域173上にベースコン
タクト窓26を形成し、さらに第2図(l)に示すように
電極27を形成すれば、NPNトランジスタが完成す
る。
第1図は、上記の工程により完成したNPNトランジス
タの要部断面図である。図形寸法は第4図の従来例装置
の場合と同一にしてある。第1図において、N+型エミッ
タ領域24とP+型外部ベース領域161との間の距離
d′は、第4図中のそれに相当する距離dに比して小さ
い。さらに、第4図においてベース領域の長さlBが、コ
ンタクト窓寸法の8倍程度であるのに対して、第1図で
のベース領域の長さl′はコンタクト窓寸法の約4倍
であり、同一寸法のエミッタを用いた場合、従来構造の
1/2程度に縮小できる。
さらに、外部ベース領域、活性ベース領域およびエミッ
タ領域の相互の関係について詳しく説明する。第3図
は、第2図(k)に示した途中工程断面図の、エミッタ領
域付近の拡大図である。トランジスタのエミッタ幅W′
は、シリコン窒化膜151のパターン幅(外側)Wより
も小さくなっている。いま、多結晶シリコン中のボロン
の横方向拡散長をL、二酸化シリコン膜19の厚さをTo
xとすると、次のような関係が成立する。
W′W−2(L+0.55・Tox)……(1) 例えば、W=1.5(μm),L=400(nm),Tox=18
0(nm)とすると、W′0.5(μm)となり、通常の紫
外光によるリソグラフィによって、サブミクロン(1μ
m未満)のエミッタ幅が実現できることがわかる。
なお、上記の実施例においては説明の都合上、まず第2
図(d)に示したように多結晶シリコン膜中にボロンを拡
散させた後、第2図(e)に示したようにB+イオンを注入
してベース電極取出領域を形成しているが、これは順序
を逆にして、まずB+イオンを注入し、その後熱処理によ
ってエピタキシャル層から多結晶シリコン膜中にボロン
を拡散させて形成しても同じ結果が得られる。また、エ
ミッタ領域と活性ベース領域との形成順序を逆にして、
エミッタ領域を先に形成してもよい。さらに、コレクタ
電極取出予定領域に、埋込N+拡散層に到達するN+拡散層
を予め形成してコレクタ直列抵抗の低減をはかるなどの
変更を行なってもよい。
発明の効果 以上のように本発明の半導体装置の製造方法によれば、
エミッタ領域、活性ベース領域および外部ベース領域の
相互の位置関係が自己整合的に1回のフォトマスク工程
で決定できる。また、エミッタ領域と外部ベース領域と
の間の距離が非常に小さくできるので、トランジスタの
ベース抵抗を低減することができる。さらに、ベース電
極の取出が、厚い分離酸化膜上の多結晶シリコンにより
行なえるので、トランジスタのベース=コレクタ間接合
容量が低減できる。加えて、光によるリソグラフィを用
いても、サブミクロンオーダのエミッタ幅を得ることが
でき、低ベース抵抗、低接合容量とあわせて、高速動作
に適したバイポーラ型集積回路を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例によって形成された半導体装置
の要部断面図、第2図(A)〜(l)は、本発明の半導体装置
の製造方法の一実施例を示す工程順流れ図、第3図は前
記本発明の一実施例の途中工程断面のエミッタ領域付近
拡大図、第4図は従来例装置の要部断面図である。 1,13……N-型エピタキシャル層、15,151……
窒化シリコン膜、3,161……P+型外部ベース領域、
171……P+型多結晶シリコン、172……アンドープ
ト多結晶シリコン、173……ベース電極取出領域、
6,19……二酸化シリコン膜、4,23……P型活性
ベース領域、5,24……N+型エミッタ領域、26……
ベースコンタクト窓。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁膜により囲まれた半導体基板のトラン
    ジスタベース形成予定領域内のエミッタ形成予定領域に
    選択的に窒化シリコン膜を形成する工程、前記窒化シリ
    コン膜をマスクとして前記半導体基板にP型不純物を導
    入した後、前記半導体基板上全面に多結晶シリコン膜を
    形成する工程、前記多結晶シリコン膜中のベース電極取
    出予定領域への選択的なP型不純物の導入と前記半導体
    基板中に導入されたP型不純物の熱処理による前記多結
    晶シリコン膜中への拡散とによってベース電極取出領域
    を形成した後、前記ベース電極取出領域以外の多結晶シ
    リコン膜をマスクレスで選択的に除去する工程、酸化性
    雰囲気中で熱処理することにより前記ベース電極取出領
    域の表面に熱酸化膜を形成する工程、前記熱酸化膜をマ
    スクとして前記窒化シリコン膜を選択的に除去してエミ
    ッタ形成予定領域に開口部を形成する工程、前記開口部
    を通して前記半導体基板中に活性ベース領域とエミッタ
    領域を形成する工程をそなえた半導体装置の製造方法。
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