JPS5846673A - 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とくに高周波トランジ
スタを製造する方法に関するものであって、グラフトベ
ース領域をエミッタ領域及びペース領域とセルファライ
ンで形成することによって工程数を減少させ半導体集積
回路の高密度化を計るとともに、エミッタ領域とベース
領域の接合表面を不純物を含まない酸化膜で被覆するこ
とにより、ノイズを低減し、半導体素子の特性の向上を
計ること及びエミッターペース間逆方向耐圧が高目的と
する。

従来高周波トランジスタの製造工程において、グラフト
ベース領域を形成する場合、グラフトベース領域はベー
ス領域やエミッタ領域とは別に形成する方法が一般的で
ある。ｎ−ｐ−ｎ　トランジスタをｎ型Ｓｉ基板上に形
成する従来の方法を第１図を用いて説明する。

第１図において、コレクタ領域１ｏを形成したｎ型シリ
コン基板（以下ウニへと称す）１１の主表面にシリコン
酸化膜（以下酸化膜と称す）１２を形成し、グラフトベ
ース領域に不純物を導入するための開孔を設けて硼素等
のアクセプタとなる不純物を導入し、グラフトベース領
域１３を形成する（第１図ａ）。このときベース領域と
なる部分には酸化膜１２１Ｌを残しておいて、ベース領
域には不純物を導入しない。次に５ｉｎ２膜１２１Ｌを
除去して、イオン注入法によりベース形成領域にアクセ
プタとなる不純物を導入し、ベース領域１３１Ｌを形成
する（第１図ｂ）。次に上記グラフトベース領域及びベ
ース領域に酸化膜１４とイオン注入のマスクとしてホト
レジストあるいはムｌ膜１６等とを積層し、ホトエツチ
ングによってエミッタ領域に開孔を設ける。次に、エミ
ッタ領域を形成する不純物としてＡＢのイオン注入を行
ないエミッタ領域１６を形成する（第１図ｃ）ｏそして
、イオン注入マスクであるホトレジストあるいはムｌ膜
１５を除去して熱処理を行なえば、　　ｎ　−ｐ−ｎ）
ランジスタが形成される（第１図ｄ）。

この方法によると、エミッタ領域を形成するホトエツチ
ング工程において、マスク合せを行なう際にエミッタ領
域がグラフトベース領域と重なシあうと電流増幅率およ
び耐圧の低下など素子の特性を劣下させる。従って、第
１図の方法ではエミッタ領域はクラフトベース領域とベ
ース領域との境界Ｘから、マスク合せ精度を考慮してマ
スク合せずれを補うだけの距離を隔てなければならない
のでトランジスタの無効な面積が増加する。またイオン
注入でベース領域を形成する際に、イオン注入によりダ
メージが与えられ、ベース領域内にダメージ領域１７（
ベースダメージ領域と称す）が形成される（第１図ｂ）
。同様にイオン注入でエミッタ領域を形成する際におい
てもエミッタ領域内にダメージ領域（エミッタダメージ
領域と称す）１８が形成される（第１図Ｃ）。

以上のように、エミッタダメージ領域はエミッタ領域内
に含まれているが、エミッタ領域とベース領域の接合部
にベースダメージ領域が形成されているため、ベースと
エミッタ領域間のリーク電流が大きくなシ、電流増幅率
および耐圧の低下など素子特性を劣化させる。

本発明は上記欠点を解決するために、たとえばエミッタ
領域、ベース領域およびグラフトベース領域とをセルフ
ァラインで形成可能とし、しかもベース領域及びエミッ
タ領域を形成する際のイオン注入によるダメージ領域を
エミッタ領域の内部のみに形成し、さらに、ベース領域
とエミッタ領域の接合表面に不純物を含まない熱酸化膜
を形成することにより、バイポーラトランジスタを製造
する方法を提供するものである。

本発明の実施例として、ｎ−ｐ−ｎトランジスタをｎ型
Ｓｉ基板上に形成する場合について、第２図〜第６図に
従って説明する。まず第１の実施例として第２図に従っ
て説明する。あらかじめ、ドナー不純物を拡散して、ｐ
型基板（図示せず）上に形成されるとともに、コレクタ
コンタクト用領域２ｏを形成したｎ型Ｓｉ層を有する基
板２１を酸化して約３０００人の第１の酸化膜２２を形
成し、ベース形成領域に不純物を導入するだめの第１の
開孔部を設ける。次に約１０００〜２０００人のボロン
シリケートグラス（以下ＢＳＧと称す）膜２３とイオン
注入のマスクとなる約２０００人の膜厚の上記Ｓｉ基板
２１の酸化を阻止する薄膜（この場合Ｓｉ、Ｎ４膜を用
いる）２４を積層させ、さらにＳｉ、Ｎ４膜２４上にホ
トレジスト膜２６を形成する（第２図＆）。次にマスク
合せ工程によりホトレジスト膜２．Ｊ５のエミッタ形成
領域に第１の開孔部を設ける（第２図ｂ）。

次にホトレジスト膜２６をエツチングマスクとして８ｉ
３Ｎ４膜２４をＣＦ４のガスを用いてプラズマ７　　−
、 エツチングを行ないエミッタ形成領域に不純物を導入す
るだめの第２の開孔部２６を設ける（第２図ｇ）。

次にベースおよびエミッタ領域を形成する不純物の横方
向への拡散を考慮して弗化水素酸と弗化アンモニウムの
混合液を用いて、ホトレジスト膜２６　、！：　Ｓｉ、
Ｎ４膜２４をエツチングマスクとして、第２の開孔部２
６内のＢＳＧ膜２膜外３−バーエツチングにより横方向
に均一に約０．６〜０．８μｍエツチングし、第３の開
孔部２７を形成する（第２図ｄ）。

そして、ホトレジスト膜２６を除去したのちに８５０〜
９ｏｏ℃の酸化性雰囲気中で約３０分酸化を行ない、約
３ｏｏ〜１０ｏＯ人の第２の酸化膜２′Ｂを第３の開孔
部２７のＳｉ基板表面に形成する。この際に、ＢＳＧ膜
２膜外３ボロンが同時にＳｉ基板中に拡散され、基板表
面から０．１〜０．２μｍのグラフトベース拡散層２９
が形成される（第２図ｅ）０次にＳｉ、Ｎ４膜２４をイ
オン注入マスクとして、第１の開孔部２６直下のエミッ
タ形成領域に第２の酸化膜２８を介してボロンのような
アクセプタとなる不純物を加速電圧通６０　ＫｅＶで約
１〜３Ｘ１０１４個／　ｃｆＡのイオン注入を行ないベ
ース拡散層３ｏを形成する。この時、ベース拡散層３ｏ
内にベースダメージ領域３２が形成される（第２図ｆ）
。

次に１−０００’Ｃの窒素雰囲気中で約６０分熱処理を
行なうとベース領域３０１とグラフトベース領域２９’
が形成される（第２図ｇ）。この時ベース領域３０’の
シート抵抗は約３００〜４００Ω／口、基板表面からの
深さは約０．５〜０．６μｍ１　　グラフトベース領域
２９’のシート抵抗は約２００　Ｑ／Ｑ。

基板表面からの深さは約０．６〜０．８μｍとなる。

次にベース領域形成工程と同様にＳｉ３Ｎ４膜２４をイ
オン注入マスクとして、第１の開孔部２６直下のエミッ
タ形成領域に第２の酸化膜２８を介して、例えばムＳの
ようなドナーとなる不純物を加速電圧約１３０ＫａＶで
約７　Ｘ　１０１５ｇＩＶｃ、Ｈのイオン注入を行ない
エミッタ拡散層３１を形成する。

この時エミッタ拡散層内部にエミッタダメージ領域３３
が形成される（第２図ｈ）。次に１００ｏ℃窒素雰囲気
中で約１２０分熱処理を行なうと、エミッタ領域３１’
が形成される。この時のエミッタ領域３１゛のシート抵
抗は約２０Ω／口、基板表面からの深さは約０．６〜０
．７μｍとなる。またこの時ベース領域３０“とグラフ
トベース領域２９′は互いに接しているがグラフトベー
ス領域２９１はエミッタ領域３１１と接していない（第
２図１）。また、エミッタ領域３１′とベース領域２９
’の接合表面は不純物を含まない第２の酸化膜２８で覆
われている。さらに、エミッタ拡散層３１は熱処理によ
り横方向にも拡散されるため、イオン注入によるベース
ダメージ領域３２およびエミッタダメージ領域３３は完
全にエミッタ領域・３１°の内部に存在している。

次に、本発明の第２の実施例として、ボロンのイオン注
入を行ない、さらに続けてムＳのイオン注入を行なうこ
とにより、ベースとエミッタ領域を同時に形成する方法
を第３図に従って説明する。

第３図（＆）の如く、ベースおよびエミッタ領域を形成
する不純物の横方向への拡散を考慮して、弗化水素酸と
弗化アンモニウムの混合液を用いて、ホトレジスト膜２
５とＳｉ、Ｑ４膜２４をエツチングマスクとして、第２
の開孔部２６内のＢＳＧ膜２膜外３−バーエツチングに
より横方向に均一に約０．６〜Ｏ，Ｓμｍエツチングし
、第３の開孔部２７を形成する。次に、ホトレジスト膜
２６を除去したのちに、８５０〜９００℃の酸化性雰囲
気中で約３０分酸化を行ない、約３００〜１０００人の
第２の酸化膜２８を第３の開孔部２７のＳｉ　基板表面
に形成する。この際に、ＢＳＧ膜２膜外３ボロンが同時
に８ｉ基板中に拡散され、基板表面から０．１〜０．２
μｍのグラフトベース拡散層２９が形成される（第３図
ｂ）。

次にＳｉ３Ｎ４膜４４をイオン注入マスクとして、第１
の開孔部２６直下のエミッタ形成領域に第２の酸化膜２
８を介してボロンのようなアクセプタとなる不純物を加
速電圧約１ｅｏｘｅｖで約１〜３×１ｏ１弓Ｖ２、イオ
ンの平均侵入深さＲｐ　＝約０．３ｍ μｍのイオン注入を行ない、ベース拡散層４ｏを形成し
、次に、ムＳのようなドナーとなる不約物をンの平均侵
入深さＲｐ；約。、１μｍのイオン注入を行ないエミッ
タ拡散層４１を形成する。この時エミッタ拡散層４１内
にベースダメージ及びエミッタダメージ領域４２が形成
される（第゛３図Ｃ）。

次に１ｏｏｏ℃の窒素雰囲気中で約１８ｏ分熱処理を行
なうとベース領域４σ、エミッタ領域４１″およびグラ
フトベース領域２９°が形成される（第３図ｇ）。この
時、グラフトベース領域２９１のシート抵抗は約２００
　’／、　、基板表面からの深さ約ｏ、ａ〜１．０μｍ
１ベース領域４０’のシート抵抗は約３００〜４００　
Ｑ／、で基板表面からの深さは約０．８〜６．９μｍ１
　　エミッタ領域４１１のシート抵抗は約２０Ω布、基
板表面からの深さは約。、６〜０．７μｍとなる。この
時、ベース領域４０’とグラフトベース領域２９′は互
いに接しているか、グラフトベース領域２９１はエミッ
タ領域４１１と接していない。まだ、エミッタ領域４１
′′とベース領域４０の接合表面は、不純物を含まない
第２の酸化膜４８を覆われている。さらに、エミッタ拡
散層４１は熱処理により横方向にも拡散されるため、イ
オン注入によるベースダメージ領域およびエミッタダメ
ージ領域４２は完全にエミッタ領域４１“の内部に存在
している。

次に、本発明の第３の実施例として、第２の開孔部を形
成した後に、ホトレジスト膜及び５ｉ５Ｎ４膜をマスク
に、Ｓｉ基板に直接ボロン及びムＳのイオン注入を行な
う方法を第４図に従って説明する。

第４図（ＩＬ）の如く、ベースおよびエミッタ領域を形
成する不純物の横方向への拡散を考慮して、弗化水素酸
と弗化アンモニウムの混合液を用いて、上記ホトレジス
ト膜２５とＳｉ３Ｎ４膜２４をエツチングマスクとして
、第１の開孔部２６内のＢＳＧ膜２３をオーバーエッチ
ジグにより横方′向に均一に約０．６〜０．８μｍエツ
チングし、第２の開孔部２７を形成する。

次に、ホトレジスト膜２６とＳｉ３Ｎ４膜２４をイオン
注入マスクとして、第１の開孔部２６内のエミッタ形成
領域にボロンのようなアクセプタとなる不純物を加速電
圧約１ｅ　ｏ　ＫｅＶで約１〜３　Ｘ　１０１４１３　
１．・− 個７ｃａ　ｓ　イオンの平均侵入深さＲｐ　ｒ約０．３
μｍ、のイオン注入を行ないベース拡散層６ｏを形成し
、さらにムＳのようなドナーとなる不純物を加速電圧約
８０　ＫｅＶ　テ約７Ｘ１ｏ１５イ」２、イオンの平均
侵ｍ 入深さＲｐ　＋約０．１μｍのイオン注入を行ないエミ
ッタ拡散層６１を形成する。この時エミッタ拡散層内に
ベースダメージ及びエミッタダメージ領域５２が形成さ
れる（第４図ｂ）。

“次に、イオン注入マスクとして用いたホトレジスト膜
２６を除去し、１ｏｏｏ℃窒素雰囲気中で約１８０分熱
処理を行なうと、グラフトベース領域６０　ｓ　ベース
領域５０’およびエミッタ領域６１’が形成される（第
４図Ｃ）。次に８００〜９ｏｏ℃酸化性雰囲気中で約３
０分酸化して、第２の開孔部に２７のＳｉ基板表面に約
３００〜１ｏＯｏ人の第２の酸化膜６１を形成する（第
４図ｄ）。この時ベース領域６σとグラフトベース領域
６ｏは互いに接しているが、グラフトベース領域６ｏと
エミッタ領域６１１と接していない。さらに、エミッタ
拡散層６１は熱処理により横方向にも拡散され１４　　
、、・−− るため、イオン注入によるベースおよびエミッタダメー
ジ領域６２は完全にエミッタ領域６１′の内部に存在し
ている。

さらに、ベース領域６０とエミッタ領域６イの接合表面
を不純物を含まない酸化膜で被覆している。また、５ｉ
５Ｎ４膜２４のホトレジスト膜２５をイオン注入用マス
クとして用いるため、５ｉ５Ｎ４膜２４の膜厚をうすく
しても良い。さらに、イオン注入後の熱処理により、ベ
ース領域５０’とエミッタ領域６１１が形成されるが、
ムＳよりボロンの方が拡散係数が大きいためエミッタ領
域５１−よυベース領域５０’の方が深くなり、所定の
ベース巾６２が形成される。ベース巾６２はイオン注入
の方法特に加速電圧により所定の巾を形成することがで
きる。

さらに、ボロンのイオン注入は、Ｒｐが大きいのでホト
レジスト膜のイオン注入マスクが必要であるが、ムＳの
イオン注入はＲｐが小さいのでＳｉ　３Ｎ膜を、イオン
注入のマスクとして用いることができる。しかも、ム８
のイオン注入は、イオンの注入量くなる。そこで、ボロ
ンのイオン注入を行なったのち、ホトレジスト膜を除去
し、さらにＡｓのイオン注入を行なっても良い。

次に、本発明の第４の実施例として、耐酸化性膜である
１層の５１３Ｎ４膜のかわりに、ＰｏＩｙＳｉ（多結晶
シリコン）とＳｉ３Ｎ４の２層構造とし、第１〜３の実
施例と同様に行なう方法を第６図に従って説明する。あ
らかじめ、ドナー不純物を拡散して、コレクタ領域２ｏ
を形成したｎ型Ｓｉ基板２１を酸化して約３０ｏｏ人の
第１の酸化膜２２を形成し、ベース形成領域に不純物を
導入するだめの第１の開孔部を設ける。次に約１ｏｏｏ
〜２０００人のＢＳσ膜２３とイオン注入のマスクとな
る約３０００人のＰｏＩｙＳｉ膜７０．約３ｏｏ〜１ｏ
ｏＯ人のＳｉ３Ｎ４膜２６を積層させ、さらに、Ｓｉ、
Ｎ４膜２５上にホトレジスト膜２５を形成する（第６図
ＩＬ）。次に、マスク合わせ工程により、ホトレジスト
膜２６のエミッタ形成領域に開孔部を設ける。

次に、ホトレジスト膜２６をエツチングマスクとして、
５ｉ５Ｎ４膜２４及びＰｏＩｙＳｉ膜７ｏを、ＣＦ４の
ガスを用いて異方性エツチングを行ない、エミッタ形成
領域に不純物を導入するだめの第２の開孔部２７を設け
る（第６図ｂ）。

次に、ベースおよびエミッタ領域を形成する不純物の横
方向への拡散を考慮して、弗化水素酸と弗化アンモニウ
ムの混合液を用いて、ホトレジスト膜２６、Ｓｉ３Ｎ４
膜２４およびＰｏＩｙＳｉ膜７ｏをエツチングマスクと
して、第２の開孔部２６内のＢＳＧ膜２３をオーバーエ
ツチングにより横方向に均一に約０．６〜０．８μｍエ
ツチングし、第３の開孔部２７を形成する（第６図Ｃ）
。

次に、ホトレジスト膜２５を除去したのちに、８５０〜
９００’Ｃの酸化性雰囲気中で約３０分酸化を行ない、
約３ｏｏ〜１０００人の第２の酸化膜２８１を第３の開
孔部２７のＳｉ基板表面に形成する。この際に、ＢＳＧ
膜２３からボロンが同時に拡散されて、基板表面から０
．１〜０．２μｍのグラフトベース拡散層２９が形成さ
れる（第６図ｄ）。

以下の工程は、第１の実施例と同じように、１７　　・ Ｓｉ、Ｎ４膜２４とＰｏＩｙＳｉ膜７ｏをイオン注入マ
スクとして、第２の酸化膜２８１を介してボロンのイオ
ン注入を行ない、ベース拡散層３ｏを形成する。

この時ベース拡散層３ｏ内にベースダメージ領域３２が
形成される（第６図ｅ）。次に、１ｏｏＯ℃の窒素雰囲
気中で熱処理を行ない、ベース領域３σとグラフトベー
ス領域２９°を形成する（第５図ｆ）。

次に、同様にＳｉ３Ｎ４膜２４とＰｏ　ＩｙＳｉ膜７０
全７０ン注入マスクとして第２の竺化膜２８゛を介して
ムＳのイ□オン注入を行ない、エミッタ拡散層３１を形
成する。この時ベース拡散層３０’内にエミッタダメー
ジ領域３３が形成される（第６図ｇ）０次に、１０００
℃の窒素雰囲気中で熱処理を行なうと、エミッタ領域３
１’が形成される（第５図ｈ）。

この時、ベース領域３σとグラ、フ＋ベース領域２９１
ハ互いに接しているが、グラフトベース領域２９′はエ
ミッタ領域３１“と接していない。さらに、イオン注入
によるベースダメージ領域３２およびエミッタダメージ
領域３３は完全にエミッタ領域１Ｂ　　、−−・ ３１’の内部に存在している。また、エミッタ領域３１
１とベース領域３σの接合表面は、不純物を含まない第
２の酸化膜２８１で覆われている。第１の実施例のよう
に８１３Ｎ４膜の一層の場合、イオン注入マスクとして
用いるためには膜厚を３ｏｏＯ人と厚くしなくてはなら
ず、エツチングしにくい。

それに対して、ＰｏＩｙＳｉ膜７ｏを厚くしイオン注入
マスクにすれば、ＰｏＩｙＳｉはエツーチングが容易な
だめ非常に工程が楽である。また、Ｓｉ３Ｎ４膜及びＰ
ｏ　ＩｙＳｉ膜は、最終的に除去する必要がないがもし
、除去するにしても、Ｓｉ３Ｎ４膜は膜厚が薄いので除
去も容易にできる。

以上説明した方法によれば、 （１）　　ベース、エミッタ、グラフトベースを形成す
る際、セルファラインで行なうため、合せずれが生じず
、トランジスタの寸法を小さくでき、しかも、マスク合
せの回数が１囲域る。

（２）　　エミッタ領域がグラフトベース領域と重なり
あわないので、電流増幅率及び耐圧の増大およびｆＴを
高くできるなど素子特性が向上する。

人の際に、形成されたダメージ領域をエミッタ領域内に
全て含むことにより、ベースとエミッタ領域間のリーク
電流を減少し、電流増幅率及び耐圧の増大など素子特性
が向上する。

（４）　　エミッタ領域とベース領域の接合表面に不純
物を含まない酸化膜を形成することにより、エミッタと
ベース間のリーク電流及びノイズの低下など素子特性が
向上する。

以上のように、本発明によれば、すぐれた効果が発揮さ
れ、高性能バイポーラ半導体装置の製造に大きく寄与す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は従来の方法によるｎ−ｐ−ｎト
ランジスタの各製造工程における断面図、茅２図（ａ）
　〜（ｉ）　、第３図（ａ）　〜（ｄ）−第４図（＆）
　〜（ｄ）−第５図（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ本発明の
実施例にかかるｎ−ｐ−ｎトランジスタの各製造工程に
おける断面図である。 ２１・・・・・・ｎ型Ｓｉ基板、２ｏ・・・・・・コレ
クタ領域、２３・・・・・・不純物を含む酸化膜、２６
，２６°、２７・・・・・・開口部、２８，２８“、６
１・・・・・・不純物を含まない酸化膜、２４・・・・
・・Ｓｉ３Ｎ４膜、２９’　、６０・・・・・・グラフ
トベース領Ｌ　３σ、６１１・・・・・・　ベース領域
、３１’、５１’・・・・・・エミッタ領域、７０・・
・・・・ＰｏＩｙ８ｉ膜０ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 第３図 第４図 第４図 ２ 第５図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）−導電形半導体基板上に形成された第１の絶縁膜
   の所定の領域を除去し、第１の開孔部を設ける工程と、
   前記半導体基板上に反対導電影形成用不純物を含んだ第
   ２の絶縁膜、イオン注入マスクになりしかも前記半導体
   基板の酸化を阻止する薄膜を形成する工程と、前記第１
   の開孔部内の所定の領域の前記薄膜を除去し、第２の開
   孔部を形成し、前記第２の絶縁膜を除去し第３の開孔部
   を形成して、前記第３の開孔部の端は第２の開孔部の端
   よりも所定の距離だけ外側に形成する工程と、前記第２
   の開孔部から前記半導体基板中に一導電形形成用不純物
   １反対導電形形成用不純物をイオン注入する工程と、前
   記基板を熱処理し、−導電影領域と反対導電影領域を形
   成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製
   造方法
2. （２）−導電影領域と反対導電影領域の接合層ｍｌ“に
   。 不純物を含まない第３の絶縁膜を設ける工程を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体装
   置の製造方法。
3. （３）薄膜に５ｉ５Ｎ４膜を用いたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。 に）、薄膜に多結晶半導体膜上に耐酸化性膜を設けた積
   層膜を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の半導体装置の製造方法。