JPS58155765A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特Ｋ高速動作可
能なバイポーラトランジスタと、こワヲ用いた集積回路
の製造技術Ｋ関する。

第１図は通常用いられるパイボーットランジスタの構造
を説明する断面図であり、図において、１は一導電型を
有する半導体基板、２１、２２Ｆｉ基板１と逆の導電型
を有する高濃度不純物領域、３１、３２は２１、２２と
同型の不純物を有する領域、４Ｆｉ基板１と同型の不純
物領域、５は絶縁膜、８けコンタクトホールをそわぞれ
示す。不純物領竣３＆本３肋《バイボーラ●トランジス
タのエミ，タ●ぺ一ス・コレクタをそれぞれ構成し、第
１図破線で囲まれた領埴がトランジスタ動作に寄与して
いるかかるトランジスタの高速動作を制限する要因には
ベース抵抗が高いこと、即ち第１図破線で囲まわたベー
ス領域に給電するための不純物領域４の抵抗が高いこと
にあり、更Ｋはベース・コレクタｆｔｔｔ、コレクター
基板間の接合容量が大きいことにある。ベース抵抗を低
減するために社不純物領域４に被数個のコンタクトホー
ル８を介して給電することが通常行われており、また接
合容量を低減するためＫＦｉ不純物濃度の最適化、素子
寸法の微細化等の努力が行われている。しかし、これら
手段では、第１図破線で囲まれたトランジスタ動作に寄
与する領域以外の不純物領域ｔ無くすることは出来ない
ため、より高速で動作させるＫは限界がある。

本発明の目的は、かかる従来の欠点を除去した半導体装
置の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、半導体基板上Ｋ第１の絶縁層を設幻、
次に該絶縁層を選択的に除去し次に第ｌの導電性を有す
る多結晶もしく＃′ｉ非品質の牛導体層を設け、次ｔ（
該半導体層にレーザー党もしくは電子ビームもしくはこ
れに類するエネルギー線を照射し、当該半導体層を単結
晶もしくは単結晶に近い層となし、次に蚊単結晶もしく
は単結晶に近い層の前記半導体基板と接する部分を含む
領ｍｔ選択的に第２の絶縁層となし、もし＜＃ｉ選択的
κ除去し、次に単結晶もしくは単結晶に近い層の表面に
、もしくは当該層の表面を含む前記＃Ｉ２の絶縁層表面
および前記半導体基板表面Ｋ＠３の絶縁層を設け、次に
単結晶もしくは単結晶に近い層を一部覆う領域の、もし
くは覆わない領域の齢記第３の絶縁層表面に第２の導電
性を有する多結晶シリコンもしくは金属もしくはクリサ
イドからなる電極層を選択的κ設け、次に当＃電極層表
面に、もしくは当該電極層表面を含む前記絡３め絶縁層
表面Ｋ第４の絶縁層を設社、次に前記単結晶もしくは単
結晶に近い層と前配電極層とが少なくとも重なる領域上
の当該第４の絶縁層の一部を選択除去し、次Ｋ当該第４
の絶縁層管マスクとして前記電極層および前記単結晶も
しくは単結晶に近い層の一部を順次選択除去し、次Ｋ＃
選択除去領域内部にコレクタ領竣となる第１の導電性を
有する単結晶半導体層と、ペース領域となる第２の導電
性を有する単結晶半導体層と、エミ，タ領域となる第１
の導電性を有する単結晶半導体層とで構成さわるバイボ
ーラートランジスタを形成する工程を含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法が得らｈる。

以下図面を用いて詳細に説明する。

第２図は、本発明の一実施例を脱明する櫃略工程図を示
しており、第１図と同記号は同一機能を有する物質を示
す。図に於いて，５１、５２、５３、５４け絶締層、６
は多結晶もしくけ非晶質シリコン層６５け単結晶賜し（
は単結晶に近いシリコン層、７は多結晶シリコン層、８
Ｉ＃′ｌｔ窓、８２＃′ｉコンタクトホール、３ｏはエ
ビタキシャル●シリコン層をソレソれ示す◇ 単結昂基板ＩＫシリコンを用い、早トランジスタを形成
する場合ｔ例Ｋと９、本発明１−＊を追クて説明する。

まず、基板ｌの表面κ絶縁層５１が設けられ、続イテ当
該層５１の一部が通常のフォトエッチング法Ｋより選択
除去され、基板１表面が露出された後多結晶もしく＃′
ｉ非品質シリコン層６が形成さわる（第２図一））。絶
縁層５１＃ｉ前記基板ｌと多結晶もしくは非品質シリコ
ン層６との間の容量を低減するため厚いことが好ましく
、例えば０．３ミクロン以上であることが望ましい。多
結晶もし《け非晶質シリコン層６の厚さは０．３〜１ミ
クロンであることが好ましく、また当鋏層６＃′ｉ電極
としても用いることからｎ型不純物を高濃度κ含ませる
必要があり、かかる不純物のドーピングは層形成の際に
雰囲気中Ｋ．型不純物を含ませることも一法であ９、さ
らＫ層形成の際含１せないて後の工程て個別κ含ませて
も、その選択は自由である。

次κ、レーザー光もし＜Ｆｉ電子ビームもし〈社これに
類する点状又は線状の熱光線を、前記多結晶もしくは非
晶質シリコン層６表面κ照射し、かつ移動せしめ、当該
層６が碁板１と接する部分から再結晶化を生ぜしめるこ
とにより、骸層６が単結晶もしくは単結晶に近いシリコ
ン層鎚となる（第２図ら））。

次に、単結晶本しくけ単結晶に近いシリコン層６の、少
なくとも基板１に接する部分を含む領域が選択的に酸化
され、絶縁層５２になる（第２図（Ｃ））。

当該選択的酸化は、例Ｒば前記シリコン層６の所望の領
域表面Ｋ窒化シリコン勢の耐酸化性膜を形成した後に、
９００−１１００℃水蒸気雰囲気中で酸化すれば良い。

当該選択的酸化では、前記単結晶もしくは単結晶に近い
シリコ／層錫を搗状に分離するのが目的であり、従うて
絶縁層５２下部の絶縁層５１表面には単結晶もしくは単
結晶に近いシリコン層６の一部が残っていてはならない
０また、かかる構造を形成した時点で、ｎ型不純物を前
記シリコン層６５に高濃度に含ませてもかまわない。

単結晶もしくは単結晶，に近いシリコン層価を島状に分
離するためには、前記した選択的酸化を行う手段の他に
、該シリコン層６の不要の領域を選択的Ｋ除去する手段
を採っても実現でき、かかる選択的除去手段を代９Ｋ用
いても本発明を損うものでＦｉない●かかる手段を採る
場合κは、前記した単結晶％Ｌ＜は単結晶κ近いシリコ
ン層６が基板１と接する部分の基板１表面が露出するが
、後の工程で絶縁層が形成されるため不都合はない。

幽該シリコン層６５が基板１と接する部分は、シリコン
層６の単結晶化が行われた後には革要のものであるため
、かかる部分は半導体装置のスクライグ−９インＫ用い
れば高集積化Ｋ当っての支障は生じない。

次（、単結晶もしくは単結晶に近い層６の表面が酸化さ
れ、絶縁層詔が形成される（第２図（ｄ）），当該絶縁
層郭の厚さは０．２→．５θ］冫であれば充分である。

骸絶縁層困は、前記単結晶もしくは単結晶κ近いシリコ
ｙ９５表面および前記絶縁層５２表ｉ１Ｋｓ気相成長法
等の手段ＫよＩ８１０，もし（け８１，Ｎ，等の物質か
らなる層【形成しても本発明の目的を達する、 続いて、単結晶もしくは単結晶Ｋ近い層藝の一部を覆う
領域および絶縁層５２，＆Ｉ表面の一部κ多結晶シリコ
ン層７が通常フォトエ，チング技術により選択的に形成
される（第２図６ａ））。当該多結晶シリコン層７は、
電極として用いることから、ｐ型不純物を高濃度に含む
必要があり、不純物のドーピングは多結晶シリコン層形
成時の雰囲気中に含ませても、またはドーピングしない
で多結晶シリコン層を形成した後Ｋ改めてドーピングし
ても、さらには第２図Ｃ＠）の如く、多結晶シリコン層
ノハターンが形成された後Ｋドーピングしても、選択は
自由である。また当該多結晶シリコン層の轡望の領域の
不純物濃度を制御し、抵抗として使うことも自由である
● さらＫ当該多結晶シリコン島を形成する際、第２図（ａ
）、（ｂ）で説明した手段を再び用いて単結晶も【，＜
はこれに近い層圧することは可能であり、当皺多結晶シ
リコン層７を単結晶化せしめて良いことは言う１でもな
い。

次に、多結晶シリコン層７の表面Ｋ絶縁層詞が形成さわ
た後、多結晶シリコン層７と単結晶もしくは単結晶に近
いシリコン層６とが少なくとも重なっている領竣の前配
絶縁層舖および多結晶シリコン層７および絶縁層關の一
部が通常フォトエ，テング技術により順次選択除去さわ
、前記シリコンＮＩ６５表面が露出され、窓８１が形成
さわる（第２図《ｆ））。絶縁層５４ｔｉ、例オげ多結
晶シリコン層７０表面を酸化することによ９容易Ｖ（形
成できるが気相成長法により絶縁層を堆積しても本発明
の目的を達すふ。当該絶縁ＮＡ５４の好ましい厚さけ０
．３〜０．５電タロンである。

次に、単結晶もし〈秩単結晶に近いシリコン層６５を橿
子結晶とし、ｎ型不純物を有する単結晶シリコン層３０
が窓８１内部Ｋエビタキシャル成長される（第２図一）
）。当該エビタキシャル成長は、例オぱＳｉＨ，Ｃｌ，
二馬系−の雰囲気中、９５ト１１００°Ｃの条件で行え
ば、窓８１内部にはシリコンがエビ−キクヤル成長する
が、絶縁層５２、５３および５４表面Ｋ＃′ｉ全く成長
が起こらず所謂選択的エビタキシャル威長が出来る。当
骸エビタキシャル成長した単結晶シリコン層３０け、少
なくとも多結晶シリコン層７の表面κ達する程度の厚さ
は必要であり、絶縁層５４の表面に達する程度の厚さで
あるのがより好ましい●次に、エビタキシャル成長した
単結晶シリコン層３０中に、ｎｐｎ｝ランジスタを形成
するべく、ｎ型不純物、ｐ型不純物、ｎ型不純物が順次
ドーピングさｔ１ベースとなるｐ型不純物領域４、エミ
ッタとなるｎ型不純物領域羽、コレクタとなるｎ型不純
物領域３１が各々形成される（第２図伽））ｏ当該ドー
ピングは、フォトマスクを新たκ用いる必１！けなく、
単に不純物の深さのみをコントロールすわげｎｐｎ｝ラ
ンジスタが実現できる利点會有する。当該コレクタ、ペ
ース、工ξ，夕領域を形成する手段としては、単結晶シ
リコン層３ｏｔｌ−エビタキシャル成長する際Ｋｎ型、
ｐ型、ｎ型の不純物を順次雰囲気中（含ませることによ
っても実現でき、いずれの手段を採るのも自由である。

ｐ型不純物領埴４Ｆｉ、多結晶シリコン層７に少なくと
も接し、かつ単結晶本し《は単結晶に近いシＩＪコン層
＆）に少なくとも接しないように設けらｈる必要がある
●この時不純物領域３１およびｎ型不純物領域兇が多結
晶シリコン層７ｒ接してもｐｎ接合が生ずるのみであり
、トランジスタ特性を損うことはないが、エミ，ターベ
ース間、コレクタ０ベース間の接合容量が増加すること
、ｐ型不純物領域４と多結晶シリコン層７との接触抵抗
が増加することから、周波数特性を劣化させるためあま
り好ましくない。かかる不純物領域の深さのコントロー
ルは、熱処理の温度、時間管選択することにより容易Ｋ
行える。

次に、通常のフォトエッチング技術管用いて単結晶もし
（＃′ｉ単結晶Ｋ近い層６表面の絶縁層団および絶縁層
一の一部が選択的κ除去され、コンタクト穴綬が形威さ
れる（第２図（ｌ））。

当該構造で、この後ＡＩ等の電極が工電，＃となる不純
物領域諺表面およびコンタクトホ一ル８２を覆う領域に
形成され、バイボーラ１トランジスタが形成される。

かかるバイボーラ●トランジスタの平面構造は例えば第
３図に示す如（、図κ於いてｘ−ｙｔ結ぶ線（沿クた部
分が第２図（ｉ）Ｋ示す断面構造を有Ｌ７ている。かか
るトランジスタは、ベース争コレクタ間、コレクタ會基
板間の接合容量がトランジスタ劃作を行う９Ｊ塘のみで
生ずるため本質的罠小さく、またベース抵抗、コレクタ
抵抗も小さいため高速動作ができることは明らかである
。

なお、上配説明ではベースとなる不純物領域４Ｋ多結晶
シリコン１７ｔｌ−接触せしめ給電する手段會採ったが
、当該多結晶シリコン層の代りにタングステン、チタン
、白金、モリブデン等の耐熱性金属もしくけこれらのシ
リサイド物質を用いることけ自由であり、ペース抵抗を
さらＫ低減できる利点がある。

萱た、上記説明では基板１から順にコレクタ、ヘース、
千ミッタを積層したパイぎ−ラ●トランシスタを例にし
たが、本発明はエオ，夕、ペースコレクタの順に積層し
た場合に適用できることけ明らかである。

なお、上記した説明では、パイぜ−ラ●トランジスタの
構成材料としてシリコンを用いたが、当該工電，夕領＃
ヲシリコンよりも広いバンド嗜ギヤ，グを有し、かつｎ
型の導電型金有するＧａｐ等の化合物半導体を用いても
良い。かかる半導体層は例えばトリメチルガリウム、Ｐ
Ｈ３ＮＨ２Ｓ系の．雰囲気中で７００〜８００°Ｃの条
件で形成出来る０特に、ＧａＰは格子定数が５．４５オ
ンダストロー▲でシリコンの５．４３オングストローム
と良く合っており、約１０００３Ｌの厚さであれば良質
の層が形成で鼻る０かかる構造のトランジス＃は、エミ
ッーからペースκ注入さわる電荷の注入効率が増加する
ためより高速動作が実現できる●

【図面の簡単な説明】

第１図は、通常用いられるパイＩ−ラ嗜トランジスタの
構造を４９明するための断面櫃略図、第２図は本発明の
一実施例を説明するための図で各工程図Ｋおける半導体
装置の断面を示す。 第３図は本発明の一実旅例になるトランジスタ構造を説
明する平面図を示す。 図Ｋ於いて、１け第１０極性を有する半導体基板、２１
、２２は第２の極性を有する高濃変不純物領域、３１、
３２は第２の極性を有する不純物領域、４け第１の極性
を有する不純物領域、５、５１、５２、５３、５４は絶
ＩＲ層、６Ｆｉ多結晶シリコン層、６５Ｆｉ単結晶シリ
コン層、７け電極層、３０は単結晶シリコン層をそｉ｛
Ｊわ示す。 一３２２−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上Ｋ＃！１の絶縁層を設１、次κ該絶
   縁層を選択的に除去し、次κ第１０導電性ｔ有する多結
   晶もしくは非晶質の半導体層を設け次κ該半導体層Ｋレ
   ーザー光もしくは電子ビー▲もしくはこれκ類するエネ
   ルギー纏を照射し当該半導体層【単結晶もしくは単結晶
   κ近い層となし、次Ｋ＃単結晶もしくは単結晶に近い層
   の前記半導体基板と接する部分を含む領域を選択的κ第
   ２の絶縁層となし、もしくは選択的κ除去し、次κ単結
   １六μ４■”Ｉ”ｃ＝表面に、もしくは骸当層の表面を
   含む前記第２の絶縁層表面および前記半導体基板表面κ
   第３の絶縁層を設け、次Ｋ単結晶もしくは単結晶に近い
   層を一部覆う領域の、もしくは覆わない領域の前記第３
   の絶縁層表ｍκ第２０導電性を有する多結晶シリコンも
   しくは金属％Ｌ＜ａシリサイドからなる電極層を選択的
   に設け、次に当該電極層表面にもしくは当該電極層表面
   を含む前記第３の絶縁層表面に第４の絶縁層を設け、次
   に前記単結晶噂、しく＃ｉ単結晶に近い層と前記電極層
   とが少なくとも重なる領域上の当該第４の絶縁層の一部
   を選択除去し、次に当該第４の絶縁層をマスクとして前
   記電極層および前記単結晶もしくは単結晶に近い層の一
   部を順次選択除去し、次に該選択除去領域内部げコレク
   ター領域となる第１の導電性を有する単結晶半導体層と
   ペース領域となる第２の導電性を有する単結晶半導体層
   とエミッター領斌となる第１の導電性を有する単結晶半
   導体層とで構成されるバイボーラトランジスタを形成す
   る工程を含むこと管特徴とする半導体装置の製造方法
2. （２）前記バイボーラトランジスタを構成する各半導体
   ｌｍ？選択エビタキシャル法によって形成，する特許詰
   求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法
3. （３）ＡＬｔｅバイポーラトランジスタを構成する各半
   導体層を単一の半導体層を形成した毅、不純物拡散法で
   形成する特許請求の範囲第ｌ項記載の半導体装置の製造
   方法。
4. （４）前記バイボーラトランジスタを構成する各半導体
   層を選択エビタキシャル法と不純物拡散法とを組み合せ
   て形成する特許請求の範囲第１項配載の半導体装置の製
   造方法。